Молекулярная масса органического соединения — это масса одной молекулы вещества, выраженная в атомных единицах массы (а.е.м.) или в г/моль при использовании молярной массы. Она определяется суммой атомных масс всех элементов, входящих в состав молекулы. Точное определение молекулярной массы критически важно для количественных расчетов в химических реакциях, стехиометрии и аналитической химии.
Mмол = ∑ni ⋅ Ai
где ni — количество атомов элемента i, Ai — атомная масса соответствующего элемента.
1. Элементный анализ Элементный анализ позволяет определить процентное содержание углерода, водорода, кислорода и других элементов в соединении. На основе этих данных вычисляется эмпирическая формула вещества, а затем с использованием экспериментальных данных, например плотности или коллигативных свойств, определяется молекулярная масса.
2. Коллигативные свойства растворов Молекулярная масса может быть определена по влиянию растворенного вещества на свойства растворителя. Основные методы включают:
Криоскопия (понижение температуры замерзания) Для растворов в твердых растворителях используется формула:
$$ \Delta T_f = K_f \cdot \frac{m}{M} $$
где ΔTf — понижение температуры замерзания, Kf — криоскопическая константа растворителя, m — масса растворенного вещества, M — молекулярная масса.
Эбуллиоскопия (повышение температуры кипения) Аналогично криоскопии, но учитывается повышение температуры кипения:
$$ \Delta T_b = K_b \cdot \frac{m}{M} $$
Осмотическое давление Для растворов в жидких растворителях измеряется осмотическое давление Π, что позволяет вычислить молекулярную массу:
$$ \Pi = \frac{n}{V} RT = \frac{m}{M \cdot V} RT $$
где n — число молей вещества, V — объем раствора, R — универсальная газовая постоянная, T — температура в Кельвинах.
3. Газовая плотность и законы идеальных газов Для летучих органических соединений молекулярная масса определяется по закону Дальтона или уравнению состояния идеального газа:
$$ M = \frac{d \cdot R \cdot T}{P} $$
где d — плотность газа, P — давление, T — температура, R — газовая постоянная.
4. Мас-спектрометрия Современный метод, основанный на разложении молекул на ионы под действием электронного или ионного пучка. Полученный спектр позволяет определить молекулярную массу с высокой точностью, а также выявить фрагменты молекулы для установления структурной формулы.
5. Рентгеноструктурный анализ Используется для твердых кристаллических веществ. Позволяет определить плотность упаковки молекул в кристалле и, косвенно, молекулярную массу вещества.
Молекулярная масса органических веществ может сильно варьироваться — от малых молекул типа метана (16 г/моль) до высокомолекулярных полимеров, молекулы которых достигают миллионов единиц. Для полимеров используется понятие средней молекулярной массы, так как отдельные цепи имеют различную длину. Выделяют:
Точное определение молекулярной массы необходимо для:
Определение молекулярной массы является фундаментальной процедурой, обеспечивающей связь количественных и структурных характеристик органических соединений, что делает её центральным элементом органической химии и аналитической практики.