Закон Авогадро

Авогадро анонсировал следующий закон:

В равных объёмах различных газов при одинаковых условиях (температуре и давлении) содержится одинаковое число молекул.

А теперь давайте разбираться, что он имел ввиду... Никто не знает, как получить 1 литр чистого газа в XIX веке, Авогадро в тот момент руководствовался своим огромным опытом и знаниями в этой области и объявленный закон являлся не чем иным, как гипотезой. Поэтому закон выделенный абзацем выше нужно запомнить как есть.

А для того, что бы понять данный закон, давайте определимся с терминами:

Нормальные условия

В химии существует понятие «нормальные условия», это очень дружелюбный термин, который обозначает нормальные температуру и давление, а именно - 0°С (или 273,15 К) и 1 атм. В химии всегда подразумевается, что эксперимент проходит в нормальных условиях.

Моль

Моль - это 6,022 141 29 (27) · 10²³ элементов (атомы, молекулы или хомячки - не важно, это просто число). Далее будет идти сокращение 6,022· 10²³, но Вы понимаете, о чём речь.

Молярная масса

Молярной массой вещества названа масса 6,022·10²³ атомов химического элемента. То есть молярная масса гелия - это масса 6,022·10²³ атомов гелия. Молярная масса никеля - это масса 6,022·10²³ атомов никеля. И, внимание! Молярная масса молекулы воды (H₂O) равна массе 2 × 6,022·10²³ атомов водорода плюс масса 6,022·10²³ атомов кислорода.

Откуда берётся молярная масса? Это сложный химический эксперимент, описан в статье про моль, а для решения задач будет достаточно данных из справочника, например, молярная масса химических элементов указана в таблице менделеева.

Газ

Молекулы газа состоят из одного или более атомов. Из одного атома состоят газы гелий, неон, аргон, криптон, ксенон, радон и оганесон - это элементы последней группы таблицы Менделеева. Одноатомность таких газов следует из строения электронной оболочки атомов

Двухатомными газами являются водород, азот, кислород, фтор и хлор. Молекулы таких газов состоят из двух атомов, то есть: H₂, N₂, O₂, F₂, Cl₂

Объяснение закона Авогадро

При нормальных условиях:

1 л водорода весит 0,09 г - это результат эксперимента, молярная масса газа водорода - 2·1,008 г/моль. 1 л кислорода весит 1,429 г - это также результат эксперимента, молярная масса газа кислорода - 32 г/моль.

2.016/0.09 = 22,4 л/моль
32/1,429 = 22,4 л/моль

Этот эксперимент Вы можете повторить в домашних условиях ;)

Таким образом, 1 моль газа при нормальных условиях занимает объём 22,4 л, откуда можно сделать вывод: в 22,4 л газа содержится 1 моль молекул.

Задача

Какую массу будет иметь 40 л газа кислорода?

Что бы определить массу из объёма потребуется узнать количество молекул газа, затем посчитать их массу.

В 22,4 л газа содержится один моль молекул, откуда:

40/22,4 ≈ 1.79
в 40 л газа содержится 1.79 моль молекул

Кислород - это двухатомный газ, а значит его формула O₂, то есть в одной молекуле содержится 2 атома кислорода. Следовательно:

1.79×2 = 3.58
В 1.79 моль молекул содержится 3.58 моль атомов кислорода.

В таблице Менделеева указана молярная масса кислорода и она равна 15,999 г/моль, откуда:

15.999 × 3.58 ≈ 57.28 г

Ответ: 40 л газа кислорода имеет массу 57.28 г