3. ОСНОВНІ СТЕХІОМЕТРИЧНІ ЗАКОНИ В ХІМІЇ

3. ОСНОВНІ СТЕХІОМЕТРИЧНІ ЗАКОНИ В ХІМІЇ

3.6. Закон Авогадро та наслідки з нього

У часи встановлення закону об’ємних відношень вважалось, що молекули усіх газів одноатомні (Дж. Дальтон), а тому неможливо було пояснити чому з одного об’єму (літра) водню і одного об’єму (літра) хлору утворюється два об’єми (літри) хлороводню (згідно тодішніх уявлень повинен був утворитись 1 об’єм хлороводню). Для вирішення цього питання А. Авогадро (Італія) у 1811 р. припустив, що молекули простих газоподібних речовин двоатомні. Він же сформулював гіпотезу: в однакових об’ємах газів за однакових умов міститься однакова кількість молекул. З часом цю гіпотезу назвали законом Авогадро.

Закон Авогадро легко пояснити, виходячи з того, що у газах міжмолекулярні відстані набагато більші від розмірів молекул, тому розміри молекул на об’єм газу не чинять відчутного впливу, і при однакових температурах і тиску міжмолекулярні відстані приблизно однакові.

Справедливим є і зворотне твердження – однакова кількість молекул будь-якого газу за однакових умов займає однаковий об’єм. А оскільки 1 моль речовини у будь-якому агрегатному стані містить однакову кількість молекул (6,02∙10²³), то один моль будь-якого газу за однакових умов займе однаковий об’єм, який називають молярним об’ємом V_m. Числове значення його можна розрахувати, знаючи масу одного літра газу (його густину) при нормальних умовах:

;                   

де М – молярна маса газу, г/моль, r – маса одного літра газу (густина), г/л, V – об’єм газу за н.у., n – кількість речовини, моль.

Експериментально встановлено, що для усіх газів за н.у. V_m = 22,4 л/моль.

Це є першим наслідком із закону Авогадро.

Оскільки однакові об’єми газів за н. у.^* містять однакову кількість молекул, тобто коли N_X  = N_Y = N_А і n_X∙N_X = n_Y∙N_Y, то n_X = n_Y , тоді , звідки . Позначивши , одержимо , де D(X/Y) – відносна густина газу (Х) за газом (Y), М_Х і М_Y – молярні маси газів (Х) та (Y) відповідно. Це – другий наслідок із закону Авогадро.

Найчастіше використовують відносну густину за воднем (М(Н₂) = 2 г/моль) і повітрям (М(повітря) = 29 г/моль)^**, значення яких визначають експериментально.

Підставляючи значення молярних мас відповідних газів у виведену формулу, одержимо  та , або у загальному вигляді М_Х = D(X/Y)∙М_Y.

Для умов, відмінних від нормальних, застосовують закон Менделєєва Клапейрона () та об’єднаний газовий закон Бойля-Маріотта і Гей-Люссака ().