Закон Авогадро

Закон Авогадро

    Возьмем постоянную температуру T=const, постоянный объем V=const и неизменное давление. В этих условиях количество молекул (частиц) в любом идеальном газе будет оставаться постоянным. Данный параметр обозначается буквой N, а само утверждение называется законом Авогадро.

    Определение 1

    При условии неизменности температуры и давления один моль любого газа будет занимать одинаковый объем.

    Уточним, что при решении задач часто упоминаются так называемые нормальные условия. Это означает, что давление равно одной атмосфере или p=105 Па=760 мм рт.ст, t=0 °C. В этих условиях молярный объем любого идеального газа будет равен:

    RTp=Vμ=22,4·10-3 м3моль=22,4 лмоль.

    Если нам нужно рассчитать давление смеси разреженных газов, то нужно воспользоваться законом Дальтона.

    Что такое число Лошмидта

    Определение 2

    Количество молекул в постоянном объеме идеального газа в нормальных условиях называют числом Лошмидта.

    Оно будет равно:

    nL=NAVμ=2,686754·1025 м-3.

    Значение закона Авогадро

    Данный закон был открыт в 1811 г. физиком Амадео Авогадро в рамках атомно-молекулярной теории. Он считал, что в составе одной молекулы может находиться несколько атомов. Благодаря этому утверждению он смог объяснить и описать в терминах своей теории опыты Гей-Люссака, который ранее предположил существование закона объемных отношений, однако не смог обосновать его теоретически и решил принять за аксиому.

    Определение 3

    Соотношение объемов реагирующих газов может быть выражено с помощью простых целых чисел. Это правило называется законом объемных отношений.

    Зная закон Авогадро, можно сделать вывод, что и соотношение плотностей идеальных газов будет равно отношению их молярных масс в нормальных условиях:

    ρ1ρ2=μ1μ2.

    Первое отношение в данном равенстве – так называемая относительная плотность первого газа по второму. Также мы можем преобразовать формулу Авогадро, записав ее с помощью масс веществ, поскольку с учетом одинаковых объемов равенство будет аналогичным:

    D=ρ1ρ2=m1m2.

    Мы можем вычислить относительную плотность газа по отношению к водороду или воздуху. поскольку знаем их молярные массы. Они равны μvozd=29·10-3 кгмоль и μH2=2·10-3 кгмоль соответственно.

    Наиболее употребительная область применения закона Авогадро – химия. С его помощью возможно определение состава соединений разных газов, а также вычисление их относительной атомной и молекулярной массы.

    Пример 1

    Условие: у нас есть 0,5 моля хлора, которые при нормальных условиях будут занимать некоторый объем. Вычислите, чему именно он будет равен. Какой объем будут занимать 140 гр того же вещества в равных условиях?

    Решение

    Закон Авогадро гласит, что в нормальных условиях 1 моль любого газа займет объем, равный Vμ=22,4·10-3 м3моль. Зная это, мы можем легко решить данную задачу.

    VCl2=ν·Vμ.

    Возьмем единицы данных в СИ и вычислим:

    VCl2=0,5·22,4·10-3=11,2·10-3 м3.

    Чтобы решить вторую часть задачи, воспользуемся таблицей Менделеева и возьмем из нее молярную массу хлора. Она равна μCl2=70·10-3 кгмоль.

    Также нам потребуется формула для количества вещества:

    Подставим нужные значения и проведем вычисление:

    VCl2=mMVм.

    При m=140 гр=140·10-3 кг получим:

    VCl2=140·10-370·10-3·22,4·10-3=44,8·10-3 (м3).

    Ответ: 0,5 молей хлора займут объем, равный 11,2 л, а 140 г хлора – 44,8 л.

    Пример 2

    Условие: поскольку мы знаем, что μH2=2 гмоль, молярная масса искомого вещества может быть вычислена по следующей формуле:

    D=m1m2=μμH2μx=23·2=46 гмоль.

    Решение

    Составим пропорцию и из нее найдем массу углерода:

    CO2 C
    1 моль 1 моль
    26,4 гр x
    44 гр 12 гр

    mC=x=26,4·1244=7,2 (г).

    По закону сохранения массы мы можем точно так же вычислить массу водорода: mH=16,2·218=1,8 (г) и кислорода: mO=13,8-7,2-1,8=4,8 (г).

    Теперь вычислим, сколько именно молей было в исходном веществе:

    νС=7,212=0,6 (моль).

    νH=1,81=1,8 (моль).

    νO=4,816=0,3 (моль).

    Зная закон отношений, можем записать следующее:

    νC: νH: νO=0,6:1,8:0,3.

    Нам осталось взять числа последнего соотношения и разделить их на 0,3. Получим:

    2:6:1.

    Отсюда можно вывести простейшую формулу C2H6O.

    μC2H6O=24+6+16=46 гмоль.

    Ранее по формуле мы получили молярную массу, равную 46. Поскольку истинная и простейшая формулы вещества совпадают, значит, задача решена.

    Ответ: искомое вещество имеет формулу С2H6O.

    Если вы заметили ошибку в тексте, пожалуйста, выделите её и нажмите Ctrl+Enter
    Средняя оценка статьи
    4,5 из 5 (11 голосов)