Высчитать объём, молярную массу, количество газообразного вещества и относительную плотность газа помогает закон Авогадро в химии. Гипотеза была сформулирована Амедео Авогадро в 1811 году, а позже была подтверждена экспериментально.
Чуть позже Авогадро сформулировал вывод о том, что при одинаковых температурах и давлении равные объёмы газов содержат одинаковое количество молекул. При этом газы могут обладать разными химическими и физическими свойствами.
Из закона Авогадро вытекает два следствия:
- первое – один моль газа при равных условиях занимает одинаковый объём;
- второе – отношение масс одинаковых объёмов двух газов равно отношению их молярных масс и выражает относительную плотность одного газа по другому (обозначается D).
Нормальными условиями (н.у.) считаются давление Р=101,3 кПа (1 атм) и температура Т=273 К (0°С). При нормальных условиях молярный объём газов (объём вещества к его количеству) составляет 22,4 л/моль, т.е. 1 моль газа (6,02 ∙ 1023 молекул – постоянное число Авогадро) занимает объём 22,4 л. Молярный объём (Vm) – постоянная величина.
Решение задач
Главное значение закона – возможность проводить химические расчёты. На основе первого следствия закона можно вычислить количество газообразного вещества через объём по формуле:
где V – объём газа, Vm – молярный объём, n – количество вещества, измеряемое в молях.
Второй вывод из закона Авогадро касается расчёта относительной плотности газа (ρ). Плотность высчитывается по формуле m/V. Если рассматривать 1 моль газа, то формула плотности будет выглядеть следующим образом:
где M – масса одного моля, т.е. молярная масса.
Для расчёта плотности одного газа по другому газу необходимо знать плотности газов. Общая формула относительной плотности газа выглядит следующим образом:
где ρ(x) – плотность одного газа, ρ(y) – второго газа.
Если подставить в формулу подсчёт плотности, то получится:
Молярный объём сокращается и остаётся
Рассмотрим практическое применение закона на примере двух задач:
- Сколько литров СО2 получится из 6 моль MgCO3 при реакции разложения MgCO3 на оксид магния и углекислый газ (н.у.)?
- Чему равна относительная плотность CO2 по водороду и по воздуху?
Сначала решим первую задачу.
n(MgCO3) = 6 моль
V(СО2) = ?
Решение:
MgCO3 = MgO+CO2
Количество карбоната магния и углекислого газа одинаково (по одной молекуле), поэтому n(CO2) = n(MgCO3) = 6 моль. Из формулы n = V/Vm можно вычислить объём:
V = nVm, т.е. V(CO2) = n(CO2) ∙ Vm = 6 моль ∙ 22,4 л/моль = 134,4 л
Ответ: V(СО2) = 134,4 л
- D(H2)CO2 = M(CO2) / M(H2) = 44 г/моль / 2 г/моль = 22;
- D(возд)CO2 = M(CO2) / M(возд) = 44 г/моль / 29 г/моль = 1,52.
Формулы закона Авогадро работают только для газообразных веществ. Они не применимы к жидкостям и твёрдым веществам.
Что мы узнали?
Согласно формулировке закона равные объёмы газов при одинаковых условиях содержат одинаковое количество молекул. При нормальных условиях (н.у.) величина молярного объёма постоянна, т.е. Vm для газов всегда равняется 22,4 л/моль. Из закона следует, что одинаковое количество молекул разных газов при нормальных условиях занимают одинаковый объём, а также относительная плотность одного газа по другому – отношение молярной массы одного газа к молярной массе второго газа.
