Основные законы химии

4. Закон Авогадро

     Значение 6,02·10²³ называется постоянной Авогадро  в честь итальянского химика Амедео Авогадро. Это универсальная постоянная для мельчайших частиц любого вещества. Она имеет обозначение N_A. Иногда ее также называют числом Авогадро.

     Постоянная Авогадро N_A = 6,02·10²³

     Именно такое количество молекул содержит 1 моль кислорода (О₂), такое же количество атомов в 1 моле железа (Fe), молекул в 1 моле воды H₂O и т.д. Но для газообразных веществ понятие моль имеет еще одну важную особенность: такое количество частиц любого газа всегда занимает одинаковый объем. Вот как это выяснилось:

        Французский химик и физик Гей-Люссак в 1808 году изучал удивительную по тем временам химическую реакцию, в которой из двух газов – хлористого водорода и аммиака - получалось твердое кристаллическое вещество - хлорид аммония:

     HCl _(газ) + NH_{3 (газ)} = NH₄Cl _{(крист.)}

Где,

HCl – хлороводород;

NH₃ – азотистоводородная кислота;

NH₄Cl – хлорид аммония.

                  Обнаружилось, что для реакции требуются равные объемы обоих газов – HCl и NH₃. Если один из этих газов вначале имелся в избытке, то по окончании реакции этот избыток оставался неиспользованным.

     Гей-Люссак проводил свои опыты в замкнутом  сосуде – достаточно прочном для  того, чтобы выдержать реакции, идущие со взрывом. Поэтому он смог изучить и некоторые другие реакции между газами. Выяснилось, что два объема водорода со взрывом реагируют с одним объемом кислорода, образуя 2 объема газообразных водяных паров:

     2 H₂ + O₂ = 2 H₂O (все вещества – газообразные)

     Где,

     Н₂ – водород;

     О₂ – кислород;

     H₂O – вода.

     Далее: один объем водорода реагирует с одним объемом хлора, давая 2 объема газообразного хлористого водорода:

     H₂ + Cl₂ = 2 HCl (все вещества – газообразные)

     В этих и других экспериментах неизменно  обнаруживалось, что газы реагируют между собой и образуются тоже в простых целочисленных объемных отношениях.

     Гей-Люссак опубликовал свои наблюдения, не делая  из них никаких выводов. Важные выводы спустя три года сделал итальянский  химик Амедео Авогадро. Он предположил, что равные объемы любых газов содержат равное число молекул.

     Действительно, молекулы газов не связаны между  собой крепкими связями, как молекулы или атомы твердых веществ. Объем, который они занимают, при прочих равных условиях (температуре и давлении) зависит только от числа молекул  газа, но не от конкретного вида этих молекул, поскольку молекулы никак  не связаны между собой. Поэтому  одинаковые количества молекул разных газов должны занимать одинаковые объемы при данных температуре и давлении.

     Как правильно полагал Авогадро, только тогда, когда газы занимали одинаковый объем, N молекул одного газа и N молекул  другого газа реагировали между  собой без остатка в опытах Гей-Люссака. Впоследствии гипотеза о  равном числе молекул в одинаковых объемах газов подтвердилось  в многочисленных экспериментах.

     Так был сформулирован закон, справедливо  названный впоследствии Законом Авогадро:

     Равные  объемы любых газов (при одинаковых температуре и давлении) .

     Из  закона Авогадро вытекает важное следствие: если в равных объемах всех газов  содержится одинаковое число молекул, то молекулярный вес (m) любого газа должен быть пропорционален его плотности: m = k·d (где d – плотность, k - некий коэффициент пропорциональности).

     Действительно, плотность (d) газа, как и любого физического тела, измеряется в граммах на литр. Если в литре какого-то газа с "тяжелыми" молекулами, и в литре другого газа – с "легкими" молекулами – этих молекул одинаковое число, то 1 л первого газа должен весить больше – иными словами, для него значение плотности в г/л будет выше.

     Чтобы определить коэффициент пропорциональности k, можно воспользоваться измерениями плотности разных газов - например, водорода и кислорода. Плотность газа и его молекулярная масса связаны постоянным коэффициентом k. Плотности газов даны при нормальных условиях: температуре 0° С и давлении 760 мм ртутного столба (273,15 K и 101 325 Па).

     Если  молекулярный вес газа мы заменим  его молярной массой (М г/моль), то получим уравнение:

     М (г/моль) = k·d (г/л).

     Здесь размерность коэффициента k должна быть (л/моль). Например, для кислорода:

     Иными словами, коэффициент k оказывается не просто коэффициентом пропорциональности – он показывает, сколько литров занимает 1 моль любого газа.

     1 МОЛЬ любого газа при нормальных  условиях (н.у.) занимает объем 22,4 л.

     Нормальными условиями (н.у.) считают температуру 0 ^оС (273 K) и давление 1 атм (760 мм ртутного столба или 101 325 Па).

     Итак, 22,4 л – молярный объем газов при нормальных условиях. Это очень важная величина, которую следует запомнить. 
 
 

Заключение 

       По  итогам проделанной работы можно  сделать вывод, что все вещества состоят из молекул. Молекула - наименьшая частица вещества, обладающая его химическими свойствами. Молекулы состоят из атомов. Атом - наименьшая частица химического элемента, сохраняющая все его химические свойства. Различным элементам соответствуют различные атомы. Молекулы и атомы находятся в непрерывном движении; между ними существуют силы притяжения и отталкивания.

     Периодический закон Менделеева и его обоснование  с точки зрения электронного строения атомов. Открытие периодического закона и разработка периодической системы  химических элементов Д. И. Менделеевым  явились вершиной развития химии  в XIX в.

     Закон сохранения массы - исторический закон физики, согласно которому масса как мера количества вещества сохраняется при всех природных процессах, то есть несотворима и неуничтожима.

     Закон постоянства состава (Ж.Л. Пруст, 1801—1808гг.) — любое определенное химически чистое соединение независимо от способа его получения состоит из одних и тех же химических элементов, причем отношения их масс постоянны, а относительные числа их атомов выражаются целыми числами. Это один из основных законов химии.

     Закон Авога́дро - одно из важных основных положений химии, гласящее, что «в равных объёмах различных газов, взятых при одинаковых температуре и давлении, содержится одно и то же число молекул».