Газовые законы: Часть 1

Видео

Конспект

Французский химик Жозеф Луи Гей-Люссак в начале XIX века провёл серию экспериментов с газами. Он обнаружил удивительную закономерность: объёмы реагирующих газов всегда относятся как небольшие целые числа. Например, при образовании воды из водорода и кислорода соотношение объёмов всегда 2: 1: 2 2 H_{2(\Gamma)}+O_{2(\Gamma)} \rightarrow 2 H_{2} O_{(\Gamma)}

Это наблюдение привело его к формулировке закона объёмных отношений: "Объёмы вступающих в реакцию газов и образующихся газообразных продуктов относятся между собой как небольшие целые числа".

Но почему газы ведут себя так строго и предсказуемо? Ответ на этот вопрос далитальянский учёный Амедео Авогадро, введя понятие молярного объёма.

Молярный объём ( V_{m} ) - это объём, который занимает 1 моль вещества. Для газов эта величина имеет особое значение, так как:

В отличие от жидкостей и твердых тел, газы легко сжимаемы

Их объём сильно зависит от температуры и давления

Но при одинаковых условиях разные газы ведут себя удивительно похоже

Авогадро сделал гениальное предположение: "В равных объёмах любых газов при одинаковых условиях содержится одинаковое число молекул". Это объяснило закон Гей-Люссака и позволило ввести одинаковые условия для сравнения газов.

Нормальные условия (н.у.):

Температура: 0^{\circ} C(273,15 ~K)

Давление: 1 атмосфера (101,325 кПа)

При этих условиях:

1 моль любого газа занимает объём 22,4 литра

Это значение называется молярным объёмом газа при н.у.

Пример 1

Условие

Где содержится больше молекул - в 10 л CO_{2} или 20 л O_{2} при одинаковых условиях?

Решение

v\left(CO_{2}\right)=\frac{v}{V_{m}}; \quad N\left(CO_{2}\right)=v \cdot ~N_{a}=\frac{V\left(CO_{2}\right)}{V_{m}} \cdot N_{a} v\left(O_{2}\right)=\frac{V}{V_{m}} ; \quad N\left(O_{2}\right)=v \cdot ~N_{a}=\frac{V\left(O_{2}\right)}{V_{m}} \cdot N_{a} \frac{~N\left(CO_{2}\right)}{N\left(O_{2}\right)}=\frac{V\left(CO_{2}\right) / v_{m} \cdot N_{a}}{V\left(O_{2}\right) / v_{m} \cdot N_{a}}=\frac{V\left(CO_{2}\right)}{V\left(O_{2}\right)}=\frac{10}{20}=\frac{1}{2} Ответ в О _2 .

Вывод: При одинаковых условиях объемы газов пропорчиональны числу молекул в этой порции газов, независимо от их химических составов.