Молярний об’єм газів. Закон Авогадро. Постійна Авогадро

Значення 6,02 • 1023 називається постійна Авогадро на честь італійського хіміка Амедео Авогадро. Це універсальна постійна для найдрібніших частинок будь-якої речовини. Вона має позначення NA. Іноді її також називають число Авогадро.

Постійна Авогадро NA = 6,02 • 1023

Як ми вже говорили, саме така кількість молекул містить 1 моль кисню О2, така ж кількість атомів в 1 молі заліза (Fe), молекул в 1 молі води H2O і т.д. Але для газоподібних речовин поняття міль має ще одну важливу особливість: така кількість частинок будь-якого газу завжди займає однаковий об’єм. Ось як це з’ясувалося.

Дим без огняФранцузскій хімік і фізик Гей-Люссак в 1808 році вивчав дивовижну (на ті часи) хімічну реакцію, в якій з двох газів – хлористого водню і аміаку – виходило тверда кристалічна речовина – хлорид амонію:

HCl (газ) + NH3 (газ) = NH4Cl (кріст.)

Виявилося, що для реакції потрібні рівні об’єми обох газів – HCl і NH3. Якщо один з цих газів спочатку мався в надлишку, то по закінченні реакції цей надлишок залишався невикористаним.

Гей-Люссак проводив свої досліди в замкнутому посудині – досить міцному для того, щоб витримати реакції, що йдуть з вибухом. Тому він зміг вивчити і деякі інші реакції між газами. З’ясувалося, що два обсягу водню з вибухом реагують з одним об’ємом кисню, утворюючи 2 обсягу газоподібних водяної пари:

2 H2 + O2 = 2 H2O (всі речовини – газоподібні)

Далі: один об’єм водню реагує з одним об’ємом хлору, даючи 2 обсягу газоподібного хлористого водню:

H2 + Cl2 = 2 HCl (всі речовини – газоподібні)

У цих та інших експериментах незмінно виявлялося, що гази реагують між собою (і утворюються теж) в простих цілочисельних об’ємних відносинах.

Гей-Люссак опублікував свої спостереження, не роблячи з них ніяких висновків. Важливі висновки через три роки зробив італійський хімік Амедео Авогадро. Він припустив, що РІВНІ ОБСЯГИ будь-яких газів містять дорівнює кількості молекул.

Дійсно, молекули газів не пов’язані між собою міцними зв’язками, як молекули або атоми твердих речовин. Об’єм, який вони займають, за інших рівних умов (температурі і тиску) залежить тільки від кількості молекул газу, але не від конкретного виду цих молекул, оскільки молекули ніяк не пов’язані між собою. Тому однакові кількості молекул різних газів повинні займати однакові обсяги за даних температурі і тиску.

Як правильно вважав Авогадро, тільки тоді, коли гази займали однаковий обсяг, N молекул одного газу та N молекул іншого газу реагували між собою без залишку в дослідах Гей-Люссака. Згодом гіпотеза про рівному числі молекул в однакових обсягах газів підтвердилося в численних експериментах.

Так був сформульований закон, справедливо названий згодом закону Авогадро:

Рівні обсяги будь-яких газів (при однакових температурі і тиску) містять однакову кількість молекул.

** Із закону Авогадро випливає важливе наслідок: якщо в рівних обсягах всіх газів міститься однакове число молекул, то молекулярна вага (m) будь-якого газу повинен бути пропорційний його щільності: m = k • d (де d – щільність, k – деякий коефіцієнт пропорційності).

Дійсно, щільність (d) газу, як і будь-якого фізичного тіла, вимірюється в грамах на літр. Якщо в літрі якогось газу з “важкими” молекулами, і в літрі іншого газу – з “легкими” молекулами – цих молекул однакове число, то 1 л першого газу повинен важити більше – іншими словами, для нього значення щільності в г / л буде вище.

Щоб визначити коефіцієнт пропорційності k, можна скористатися вимірами щільності різних газів – наприклад, водню і кисню (таблиця 5-2).

Таблиця 5-2. Щільність газу і його молекулярна маса пов’язані постійним коефіцієнтом k. Щільності газів дано при нормальних умовах: температурі 0 °С і тиску 760 мм ртутного стовпа (273,15 K і 101 325 Па).

Посилання на основну публікацію