Закон Авогадро

Закон Авогадро в химии помогает рассчитать объем, молярную массу, количество газообразного вещества и относительную плотность газа. Гипотеза была сформулирована Амедео Авогадро в 1811 году и позже подтверждена экспериментально.

Закон

Жозеф Гей-Люссак первым начал изучать газовые реакции в 1808 году. Он сформулировал законы термического расширения газов и объемные соотношения, а из хлористого водорода и аммиака (двух газов) получил кристаллическое вещество — NH4Cl (хлорид аммония). Оказалось, что для этого нужно взять такие же объемы газов. Кроме того, если газа было в избытке, «лишняя» часть после реакции оставалась неиспользованной.

Чуть позже Авогадро сформулировал вывод, что при одинаковых температурах и давлениях в равных объёмах газов содержится одинаковое число молекул. Кроме того, газы могут иметь разные химические и физические свойства.

Закон Авогадро

Рис. 1. Амедео Авогадро.

Закон Авогадро имеет два следствия:

  • во-первых, один моль газа при равных условиях занимает один и тот же объем;
  • во-вторых, отношение масс равных объемов двух газов равно отношению их молярных масс и выражает относительную плотность одного газа к 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.

Закон Авогадро

Рис. 2. Нормальные условия.

Решение задач

Основной смысл закона – возможность производить химические расчеты. Опираясь на первое следствие закона, можно рассчитать объемное количество газообразного вещества по формуле:

n = В/Вм,

где V — объем газа, Vm — мольный объем, n — количество вещества, измеряемое в молях.

Второй вывод из закона Авогадро касается расчета относительной плотности газа (ρ). Плотность рассчитывается по формуле м/В. Если рассматривать 1 моль газа, то формула плотности будет выглядеть так:

ρ(газ) = М/Вм,

где М – масса одного моля, т.е молярная масса.

Чтобы вычислить плотность одного газа из другого газа, необходимо знать плотность газов. Общая формула относительной плотности газа выглядит следующим образом:

D(y)x = ρ(x) / ρ(y),

где ρ(x) — плотность одного газа, ρ(y) — плотность другого газа.

Если подставить в формулу расчет плотности, то получится:

D(y)x = M(x)/Vm/M(y)/Vm.

Молярный объем уменьшается и остается

Д(у)х = М(х)/М(у).

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 (нс.)?
  • Какова относительная плотность CO2 в водороде и воздухе?

Давайте сначала решим первую проблему.

Данный:

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. По формуле n = V/Vm можно рассчитать объем:

V = nVm, т.е. V(CO2) = n(CO2) ∙ Vm = 6 моль ∙ 22,4 л/моль = 134,4 л

Ответ: V(CO2) = 134,4 л

Решение второй проблемы:

  • D(H2)CO2 = M(CO2)/M(H2) = 44 г/моль/2 г/моль = 22;
  • D(воздух)CO2 = M(CO2) / M(воздух) = 44 г/моль / 29 г/моль = 1,52.

Закон Авогадро

Рис. 3. Формулы количества вещества по объему и относительной плотности.

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 в одинаковых условиях содержат одинаковое число молекул. В нормальных условиях (нс) величина молярного объема постоянна, т.е. Vм для газов всегда равна 22,4 л/моль. Из закона следует, что одинаковое количество молекул разных газов при нормальных условиях занимают один и тот же объем, а также относительная плотность одного газа к другому — отношение молярной массы одного газа к молярной массе другого газ.