Газовые законы

Поместим в колбу кусок  вещества, химически связывающего кислород из воздуха (например, фосфор), и быстро закроем колбу пробкой с трубкой. присоединенной к ртутному манометру. Через некоторое время весь кислород воздуха соединится с фосфором. Мы увидим, что манометр покажет меньшее давление, чем до удаления кислорода. Значит, присутствие кислорода в воздухе увеличивает его давление.

Точное исследование давления смеси газов было впервые произведено  английским химиком Джоном Дальтоном (1766—1844) в 1809 г. Давление, которое имел бы каждый из газов, составляющих смесь, если бы удалить остальные газы из объема, занимаемого смесью, называют парциальным давлением этого  газа. Дальтон нашел, что давление смеси газов равно сумме парциальных  давлений их (закон Дальтона). Заметим, что к сильно сжатым газам закон  Дальтона неприменим, так же как  и закон Бойля — Мариотта. Как  истолковать закон Дальтона с  точки зрения молекулярной теории, скажу немного далее.

Закон Авогадро

 Сравнивая числа предпоследнего  столбца таблицы с молекулярными  весами рассматриваемых газов,  легко заметить, что плотности  газов при одинаковых условиях  пропорциональны их молекулярным  весам. Из этого факта следует  весьма существенный вывод. Так  как молекулярные веса относятся  как массы молекул, то d1/d2=m1/m2, где  d – плотность газов, а m – массы их молекул, массы их молекул. С другой стороны, массы газов М1 и М2, заключенных в одинаковых объемах V, относятся как плотности их:

обозначив числа молекул  первого и второго газов, заключенных  в объеме V, буквами N1 и N2, можем написать, что общая масса газа равна  массе одной его молекулы, умноженной на число молекул: М1=т1N1  и М2=т2N2 поэтому

Сопоставляя этот результат  с формулой d1/d2=m1/m2 , найдем, что N1=N2. Итак, при одинаковых, давлении и температуре равные объемы различных газов содержат одинаковые числа молекул.

Этот закон был открыт итальянским химиком Амедео Авогадро (1776—1856) на основании химических исследований. Он относится к газам, сжатым не очень сильно (например, к газам под атмосферным давлением). В случае сильно сжатых газов считать его справедливым нельзя.

Закон Авогадро означает, что  давление газа при определенной температуре  зависит только от числа молекул  в единице объёма газа, но не зависит  от того, какие это молекулы  тяжелые  или легкие. Уяснив это, легко понять суть закона Дальтона. Согласно закону Бойля — Мариотта, если мы увеличиваем  плотность газа, т. е. добавляем в  определенный объем некоторое число  молекул этого газа, мы увеличиваем  давление газа. Но согласно закону Авогадро, такое же повышение давления должно быть получено, если мы вместо добавления молекул первого газа добавим такое же число молекул другого газа. Именно в этом и состоит закон Дальтона, который утверждает, что можно увеличить давление газа, добавляя в тот же объем молекулы другого газа, и если число добавленных молекул то же, что и в первом случае, то получится то же самое увеличение давления. Ясно, что закон Дальтона является прямым следствием закона Авогадро.

Грамм-молекула. Число  Авогадро.

Число, дающее отношение  масс двух молекул, указывает в то же время и отношение масс двух порций вещества, содержащих одинаковые числа молекул. Поэтому 2 г водорода (молекулярный вес На равен 2), 32 г кислорода (молекулярный вес Од равен 32) и 55,8 г железа (его молекулярный вес совпадает с атомным, равным 55,8) и т. д. содержат одно и то же число молекул.

Количество вещества, содержащее число граммов, равное его молекулярному  весу, называется грамм-молекулой или  молем.

Из сказанного вытекает, что моли разных веществ содержат одно и то же число молекул. Поэтому  часто оказывается удобным пользоваться молем как особой единицей, содержащей разное число граммов для различных  веществ, но одинаковое число молекул.

Число молекул в одном  моле вещества, получившее название числа  Авогадро, является важной физической величиной. Для определения числа  Авогадро были сделаны многочисленные и разнообразные исследования. Они  относятся к броуновскому движению, к явлениям электролиза и ряду Других. Эти исследования привели  к довольно согласным результатам. В настоящее время принимают,    что число Авогадро равно

N= 6,02*1023 моль-1.

Итак, 2 г водорода, 32 г  кислорода и т. д. содержат по 6,02*1023 молекул. Чтобы представить себе громадность этого числа, вообразим  пустыню площадью в 1 миллион квадратных километров, покрытую слоем песка  толщиной 600 м. Тогда, если на каждую песчинку приходится объем 1 мм3, то общее число  песчинок в пустыне будет равно  числу Авогадро.

Из закона Авогадро следует, что моли разных газов имеют при  одинаковых условиях одинаковые объемы. Объем одного моля при нормальных условиях можно вычислить, разделив молекулярный вес какого-нибудь газа на его плотность при нормальных условиях. Таким образом, объем моля любого газа при нормальных условиях равен 22400 см3.