Закон об’ємних співвідношень

 

Закон об’ємних співвідношень відкрив Ж. Л. Гей-Люссак у 1808 році, тому цей закон також називають хімічним законом Гей-Люссака.

Співвідношення об’ємів газів, що вступають у хімічну реакцію й утворюються в результаті неї, є співвідношенням простих цілих чисел. Так у реакції спалювання метану в кисні співвідношення об’ємів газів є таким

Легко побачити, що співвідношення об’ємів газів дорівнює співвідношенню стехіометричних коефіцієнтів у рівнянні реакції. Звичайно ж, для виконання цього закону об’єми газів слід вимірювати в однакових умовах.

Закон Авогадро

 

Цей закон відкрив видатний італійський учений Амедео Авогадро в 1811 році.

В однакових об’ємах різних газів при однакових умовах міститься однакова кількість молекул.

Це означає, що всі гази поводяться в певному сенсі однаково й що об’єм газу при заданих умовах не залежить від хімічної природи газу, а визначається тільки кількістю частинок. Після відкриття цього закону свій справжній сенс і наукове обґрунтування одержав закон об’ємних співвідношень. Велика заслуга Авогадро полягає в тому, що він зміг установити простий зв’язок між макроскопічною величиною, що спостерігали,— об’ємом — та мікроскопічними властивостями газоподібних речовин — числом частинок.

Аналізуючи об’ємні співвідношення Гей-Люссака й використовуючи своє відкриття, Авогадро встановив, що молекули газоподібних простих речовин (кисню, водню, азоту, хлору) є двохатомними. Якщо припустити, що водень і хлор одноатомні, то за рахунок реакції приєднання об’єм повинен зменшитися вдвічі. Але оскільки об’єм не змінюється, то молекули водню й хлору містять по два атоми, і реакція проходить за рівнянням

Аналогічно можна встановити молекулярні формули води, амоніаку, вуглекислого газу та інших речовин.

Згідно з атомно-молекулярним ученням, закон Авогадро можна пояснити в такий спосіб. Об’єм, який займає певна кількість речовини в будь-якому агрегатному стані, обумовлений трьома параметрами: кількістю речовини, тобто числом частинок (молекул, атомів або іонів), відстанню між молекулами й власними розмірами частинок. У твердому й рідкому агрегатних станах речовини відстань між частинками дуже маленька, тому розміри самих молекул суттєво впливають на об’єм речовини. Водночас у газоподібному стані при звичайному тискові відстань між молекулами приблизно в тисячу разів більша, ніж розміри самих молекул, тому розміри молекул можна не враховувати. Унаслідок цього об’єм газів визначається двома параметрами: числом молекул і відстанню між ними. За однакових умов (тиск і температура) відстань між молекулами в газах однакова. Звідси випливає, що об’єм газу в цьому разі визначається тільки числом молекул. Тому в однакових умовах однакові об’єми різних газів містять однакову кількість частинок і навпаки. Слід зазначити, що при низьких температурах і при високому тискові відстані між молекулами в газах зменшуються й можуть стати сумірними з розмірами молекул, тому за таких умов закон Авогадро не діє.

Висновки із закону Авогадро.

1. Молярний об'єм будь-якого газу за нормальних умов становить 22,4 л.

(Обґрунтування цього висновку див. вище.)

2. Співвідношення густин двох газів за однакових умов дорівнює співвідношенню їхніх молярних мас.

Густину речовини можна обчислити за формулою:

ρ = m/V.

Якщо проводити обчислення для речовини кількістю 1 моль, то маса такої кількості буде дорівнювати молярній масі речовини, а її об’єм — молярному об’єму. У цьому разі формула для густини перетвориться на наступну:

ρ = m/V_m.

Оскільки, згідно із законом Авогадро, молярні об’єми газів при однакових умовах рівні то для відношення густин двох газів одержуємо: .

Отже, ,де D — відносна густина газу — фізична величина, яка дорівнює відношенню густини якої-небудь речовини до густини іншої речовини, узятої як стандартний зразок.