§ 23. Закон Авогадро. Молярний об’єм газів
Згідно з цим рівнянням два молі водню реагують з одним молем кисню. Експериментально було встановлено, що об’єм водню теж у два рази більший за об’єм кисню. Тому очевидно, що 1 моль будь-якого із цих газів займає однаковий об’єм.
До цього ж висновку можна прийти на основі закону, який сформулював А. Авогадро і який названий його ім’ям:
В однакових об’ємах різних газів за однакових умов (температури і тиску) міститься однакове число молекул.
2. Молярний об’єм газів
Знаючи, що один моль будь-якої речовини містить певне число молекул, можна зробити висновок про те, що всі гази кількістю речовини 1 моль за одних і тих самих умов займають однаковий об’єм (мал. 31). Об’єм 1 моль речовини називають молярним об’ємом.
Мал. 31. Об’єми речовин кількістю 1 моль
Значення молярного об’єму газів залежить від температури і тиску. В хімії молярний об’єм газів вимірюють за нормальних умов (скорочено н. у.): за температури 0 °С і атмосферного тиску 101,3 кПа (або 760 мм рт. ст.).
За нормальних умов молярний об’єм будь-якого газу дорівнює 22,4 л/моль.
Молярний об’єм позначають VM.
За аналогією з молярною масою визначають молярний об’єм VM як відношення об’єму V до кількості речовини n:
Знаючи молярний об’єм газу, можна визначити кількість речовини n, що міститься в об’ємі V за нормальних умов:
Газ кількістю n молей займає об’єм:
Для порівняння маси одиниці об’єму різних тіл використовують фізичну величину — густину:
Для газів справедливим є співвідношення:
Із цієї формули можна отримати формулу для обчислення молярної маси газу, якщо відома його густина:
3. Розв’язування задач з використанням молярного об’єму газів
ЗАДАЧА 1. Яку кількість речовини становить водень об’ємом 44,8 л (н. у.)?
ЗАДАЧА 2. Який об’єм за н. у. займає кисень кількістю речовини 0,5 моль?
ЗАДАЧА 3. Обчисліть об’єм 32 г метану СН4 за нормальних умов.
ЗАДАЧА 4. Розрахуйте густину вуглекислого газу за н. у.
ЗАДАЧА 5. Обчисліть об’єм (н. у.) 3,01 · 10 26 молекул чадного газу СО.
ЗАДАЧА 6. Скільки молекул міститься в 448 л (н. у.) амоніаку NH3?
• . за кімнатної температури (25 °С) і атмосферного тиску молярний об’єм газів дещо більший: VM = 24,4 л/моль.
• . молярний об’єм рідких і твердих речовин, на відміну від молярного об’єму газів, практично не залежить від тиску і температури, проте він різний у різних речовин. Наприклад, за звичайних умов один моль води займає об’єм 18 мл, етанолу — 58 мл, золота — 10 см 3 (1 см 3 = 1 мл). Молярний об’єм можна знайти, якщо відома молярна маса М і густина ρ:
• В однакових об’ємах газів за однакових температури і тиску міститься однакова кількість молекул (закон Авогадро).
• Об’єм 1 моль речовини називають молярним об’ємом.
• Молярний об’єм газів залежить від температури і тиску. за нормальних умов (температурі 0 °С і тиску 101,3 кПа) молярний об’єм будь-якого газу дорівнює 22,4 л/моль.
• Об’єм газу V, молярний об’єм VM і кількість речовини n зв’язані формулами:
Початковий рівень
1. Сформулюйте закон Авогадро.
2. Які умови називають нормальними?
3. Чому дорівнює молярний об’єм газів за нормальних умов?
Середній рівень
4. Який об’єм займають за нормальних умов: а) 2 моль азоту; б) 0,5 моль кисню; в) 0,25 моль азоту?
Достатній рівень
5. Скільки молекул кисню міститься за нормальних умов: а) в 1 м 3 ; б) в 1 кг?
6. Скільки молекул міститься всередині гумової кулі об’ємом 5,6 л (н. у.), заповненої воднем? Чи зміниться відповідь, якщо в умові задачі водень замінити на: а) азот; б) невідомий газ; в) водопровідну воду?
7. Який об’єм займають за нормальних умов: а) 10 г водню; 10 моль водню?
8. Де міститься більше молекул амоніаку — у 100 г чи в 100 л (н. у.)?
Високий рівень
9. У якому об’ємі амоніаку NH3 міститься в 3 рази більше молекул, ніж у 100 літрах метану CH4? Об’єми газів виміряні за однакових умов.
10. Є два гази, взяті за однакових умов: 10 л метану СН4 і 20 л хлору Cl2. В якому із них міститься більше молекул, а в якому — більше атомів і у скільки разів?
§ 26. Молярний об’єм
• у газах молекули рухаються швидко і хаотично, завдяки чому газ прагне розширитися і займає весь доступний йому об’єм посудини.
Закон Авогадро
У 1814 р., виконуючи численні хімічні експерименти з газуватими речовинами, італійський учений Амедео Авогадро дійшов висновку, який сьогодні називають законом Авогадро:
В однакових об’ємах будь-яких газів, що перебувають за однакових умов (температура й тиск), міститься однакове число молекул.
На підставі чого можна зробити такий висновок? Здійснюючи реакцію між воднем і киснем, Авогадро помітив, що об’єм водню, який вступає в реакцію, завжди у два рази більший, ніж об’єм кисню. За рівнянням реакції
видно, що на одну молекулу кисню в реакції витрачається дві молекули водню. Якщо молекул водню реагує у два рази більше, ніж молекул кисню, і об’єм водню у два рази більший, ніж об’єм кисню, то в однакових об’ємах має міститися однакове число молекул.
Сьогодні це твердження досить легко пояснюється. Як і більшість твердих і рідких речовин, гази складаються з окремих молекул. Але на відміну від твердих речовин і рідин, у яких молекули розташовані дуже щільно одна до одної, у газах молекули перебувають на великих відстанях одна від одної. Ці відстані значно більші за власні розміри молекул. І хоча молекули різних газів відрізняються одна від одної розмірами, формою й об’ємом, але цими відмінностями можна знехтувати й розглядати їх як крихітні жорсткі кульки.
Молекули газу постійно хаотично рухаються і зіштовхуються одна з одною з певною частотою. Але середня відстань між молекулами газів стала й залежить тільки від умов, за яких перебуває газ. Якщо різні гази перебувають за однакових умов (температура й тиск), то відстані між молекулами приблизно однакові й тому однакове число молекул будь-яких газів має займати однакові об’єми.
Молярний об’єм газів
Знаючи, що один моль будь-якої речовини містить певне число молекул, можна зробити висновок про те, що всі гази кількістю 1 моль за однакових умов займають однаковий об’єм (мал. 26.1).
Мал. 26.1. Об’єми різних газів кількістю 1 моль однакові, незважаючи на те що ці зразки мають різні маси
За аналогією з молярною масою об’єм одного моля речовини називають молярним об’ємом Vm:
Молярний об’єм виражають у літрах на моль (л/моль).
Значення молярного об’єму газу залежить від температури й тиску.
У хімії прийнято наводити значення молярного об’єму за нормального атмосферного тиску (760 мм рт. ст. або 101 325 Па) й температури 0 °С — такі умови називають нормальними (скорочено н. у.).
За нормальних умов молярний об’єм будь-якого газу дорівнює приблизно 22,4 л/моль.
За кімнатної температури (25 °С) й атмосферного тиску (такі умови називають стандартними) молярний об’єм газів трохи більший: Vm = 24,4 л/моль.
Розрахунки з використанням молярного об’єму
Знаючи молярний об’єм газу, можна визначити кількість речовини n, що міститься в певному об’ємі речовини V за нормальних умов:
Газ, у якому відстань між молекулами набагато більша за розміри молекул і в якому відсутня міжмолекулярна взаємодія, називається ідеальним газом. Стан ідеального газу описують рівнянням Менделєєва-Клапейрона:
де р — тиск, V — об’єм газу, n — кількість речовини, R — універсальна газова стала (8,314 Дж/моль · К), Т — температура за шкалою Кельвіна.
За допомогою цього рівняння можна обчислити молярний об’єм ідеального газу за будь-яких умов:
Підставляючи в це рівняння значення температури і тиску для нормальних умов, одержуємо:
Необхідно також пам’ятати, що 22,4 л/моль — це молярний об’єм ідеального газу. Для справжніх газів значення їхніх молярних об’ємів будуть трохи відрізнятися від значення для ідеального газу. Так, за нормальних умов Vm (Н2) = 22,371 л/моль, а Vm(O2) = 22,425 л/моль. Це пов’язано з тим, що водень і кисень — це реальні гази, для яких слід ураховувати і об’єм молекул, і сили взаємодії між ними. Однак відхилення реальних молярних об’ємів газів від молярного об’єму ідеального газу незначне і ним можна знехтувати.
Молярний об’єм рідин і твердих речовин
Молярний об’єм рідких і твердих речовин, на відміну від молярного об’єму газів, майже не залежить від тиску й температури, і він різний для різних речовин. Так стається завдяки відмінностям у будові твердих, рідких і газуватих речовин. У твердих і рідких речовинах молекули розташовані дуже щільно. Тому об’єм, який займає 1 моль твердої або рідкої речовини, не залежить від умов, але залежить від розмірів самих молекул та щільності їх розташування. Наприклад, за кімнатної температури один моль води займає об’єм 18 мл, спирту — 58 мл, золота — 10 см 3 (1 см 3 = 1 мл).
Молярний об’єм речовини в будь-якому стані (твердому, рідкому, газуватому) можна обчислити, якщо відомі молярна маса М речовини та її густина ρ:
Якщо ми знаємо, що в одному молі речовини міститься таке число молекул, що дорівнює числу Авогадро, то можна обчислити число молекул газу в певному об’ємі за нормальних умов:
Знаючи кількість газуватої речовини, можна обчислити її об’єм за нормальних умов:
Задача 1. Обчисліть об’єм, який займає за нормальних умов газ кількістю 1,2 моль.
Задача 2. Обчисліть кількість речовини, що міститься за нормальних умов у газі об’ємом 5,6 л.
Задача 3. Обчисліть число атомів Оксигену та число молекул кисню, що містяться в кисні об’ємом 16,8 л (за н. у.).
Задача 4. Обчисліть масу вуглекислого газу об’ємом 1 л (н. у.).
Лінгвістична задача
Це слово звучить дуже схоже майже всіма мовами (навіть хінді, турецькою й арабською). Придумав його в XVII ст. голландський учений Ян Баптист ван Гельмонт. Він узяв його з латини (chaos), у яку воно прийшло з грецької. Греки словом хаос називали порожній туманний простір, що існував ще до створення світу.
Яке слово, на вашу думку, мається на увазі? Як воно перекладається іншими мовами: російською, англійською, німецькою, французькою?
У 1814 р., через три роки після того, як Авогадро опублікував свій закон, з’явилася стаття французького фізика Ампера, де він сформулював положення, дуже близькі до закону Авогадро. Ампер пізніше визнавав, що з працею Авогадро ознайомився вже після публікації своєї статті, але на пріоритеті не наполягав. Тому в деяких наукових виданнях трапляється словосполучення «закон Авогадро-Ампера».
1. Згідно із законом Авогадро, в однакових об’ємах будь-яких газуватих речовин за однакових умов міститься однакове число молекул цих речовин.
2. Наслідком закону Авогадро є те, що будь-яка речовина кількістю 1 моль за нормальних умов займає об’єм, що дорівнює 22,4 л. Цей об’єм називають молярним об’ємом газів, його позначають Vm, одиниця його вимірювання — л/моль.
Контрольні запитання
1. Сформулюйте закон Авогадро.
2. Які умови називають нормальними?
3. Чому дорівнює молярний об’єм газу за нормальних умов?
4. Поясніть зміст закону Авогадро за сучасними уявленнями.
Завдання для засвоєння матеріалу
1. Який об’єм займають за нормальних умов: а) 2 моль азоту; б) 0,5 моль кисню; в) 0,25 моль фтору?
2. Скільки молекул міститься в гумовій кулі об’ємом 5,6 л (н. у.), заповненій воднем? Чи зміниться відповідь, якщо в умові завдання водень замінити на; а) азот; б) невідомий газ; в) водопровідну воду?
3. Визначте, який об’єм за нормальних умов займають; а) 5 моль метану СН4; б) 2 моль сірководню H2S; в) 4,2 моль амоніаку NH3.
4. У якому об’ємі амоніаку NH3 міститься в 3 рази більше молекул, ніж у метані СН4 об’ємом 100 л (н. у.)?
5. Є два гази, узяті за нормальних умов: 10 л метану СН4 і 20 л хлору Сl2. У якому з них міститься більше молекул, а в якому — більше атомів, і у скільки разів?
6. Скільки молекул кисню міститься за нормальних умов: а) в одному кубічному метрі; б) в одному кілограмі цієї речовини?
7. Де міститься більше молекул амоніаку — у 100 г або в 100 л (н. у.)?
8. Який об’єм займають за нормальних умов: а) 10 г водню; б) 10 моль водню?
9. У чотирьох однакових посудинах містяться однакові маси таких газів: амоніак NH3, азот N2, сірчистий газ SO2, кисень O2. У якій посудині міститься найбільше молекул?
10. Порівняйте число молекул в 1 г амоніаку NH3 та в 1 г азоту. У якому випадку й у скільки разів число молекул більше?
11. Обчисліть масу сірководню H2S об’ємом 11,2 л за нормальних умов.
12. Маса 0,001 м 3 газу (н. у.) дорівнює 1,25 г. Обчисліть масу однієї молекули цього газу.
13. Чи однакові маси та об’єми (за однакових умов) мають 1,5 моль СO2 і 1,5 моль О2? Відповідь підтвердьте розрахунками.
14. На запитання: «Який об’єм займає 1 моль води за нормальних умов?», учень відповів — 22,4 літра. Чи правильна ця відповідь? Поясніть.
15*. У який спосіб за допомогою закону Авогадро можна довести, що: а) молекули кисню, азоту, водню складаються з двох атомів; б) молекула води має склад Н2O, а не НО; в) молекула амоніаку має склад NH3, а не NH?
Стандартні (нормальні) умови – довідник хіміка 21
Обсяги газів прийнято відносити до Про ° С і тиску 1 атм. Ці температуру і тиск називають стандартними (нормальними) умовами. Прийнято говорити, що дана кількість газу приведено до стандартних умов. якщо обсяг газу розрахований стосовно цих температурі і тиску. [C.91]
Теплота освіти. Тепловий ефект будь-якої реакції залежить не тільки від природи реагуючих речовин. але і від умов, при яких протікає реакція. Тому термохимические розрахунки можна проводити тільки в тому випадку, якщо всі теплові ефекти. що входять в розрахункове рівняння. віднесені до одних і тих же умов. Умови, що відповідають температурі 298 ° К і тиску 1 атм, називаються стандартними (нормальні умови відповідають температурі 273 ° К і тиску 1 атм = 101 325 н.е. м). Надалі буде застосовуватися головним чином ізобарний тепловий ефект. [C.71]
При проведенні вимірювань параметрів сирої нафти і її продуктів, рідких і газоподібних, стандартні нормальні умови щодо тиску і температури повинні бути [c.89]
Міжнародний стандарт ІСО 5024 регламентує стандартні нормальні умови щодо тиску і температури для вимірювання параметрів сирої нафти і її продуктів, включаючи зріджені нафтові гази. [C.89]
У вигляді газів при стандартних (нормальних) умовах (0 ° С і 1 атм) існують елементи водень. гелій, азот, кисень, фтор, неон, хлор, аргон, криптон. ксенон і радон. Тільки два елементи – бром і ртуть прі стандартних умовах є рідинами. [C.99]
Стандартні нормальні умови не поширюються щодо рідких вуглеводнів. мають тиск парів більше атмосферного тиску при 15 ° С. В цьому випадку стандартне тиск має бути урівноважене тиском пари при 15 ° С. [C.89]
Щільністю газу називається вага одного літра газу при певній температурі і тиску. В якості стандартних (нормальних) умов приймається температура в градусах Цельсія [c.59]
Дивитися сторінки де згадується термін Стандартні (нормальні) умови. [C.578] [c.673] [c.578] [c.87] Дивитися глави в: