Молярный объем газа
Основное отличие газообразных веществ от жидкостей и твердых тел заключается в очень большом расстоянии между соседними атомами и молекулами, в результате чего они испытывают очень слабое взаимодействие между собой, достаточно редко и на очень короткое время сближаясь друг с другом. По этой причине между газовыми частицами очень редко происходят межмолекулярные взаимодействия - их кинетическая энергия энергия значительно превосходит энергию потенциальную, газы отличаются низкой плотностью и хорошей сжимаемостью, полностью заполняя весь свободный объем, предоставляемый им.
Главными характериситиками газов являются их объем, давление и температура.
Закон объемных отношений
В 1808 г. известный французский химик Ж. Л. Гей-Люссак открыл и сформулировал закон объемных отношений для газов, устанавливающий объемные соотношения газов, вступающих в химические реакции.
| Объемы газов, вступающих в реакцию при одинаковых условиях, соотносятся друг к другу и к объемам получающихся в результате реакции газов, как простые целые числа |
Например:
2H2 + O2 = 2H2O (газ) 2 : 1 : 2
Закон Авогадро
В 1811 г. А. Авогадро открыл закон, названный его именем.
| При одинаковых давлении и температуре в равных по объему различных газах содержится одинаковое число молекул |
Из закона Авогадро следует, что:
- при одинаковых условиях одинаковое кол-во молекул различных газов занимает одинаковый объем;
- при нормальных условиях (t=0°C; p=760 мм рт.ст.) один моль любого газа занимает объем, равный 22,4 л, который называется молярным объемом.
Vm = V/n, л/моль
- Vm - молярный объем;
- V - объем газа, л;
- n - кол-во вещества, моль.
|
Молярный объем газа Vm = отношению объема газа к кол-ву вещества в этом объеме Vm=22,4 л/моль (при н. у.) |
Число (постоянная) Авогадро: в 1 моле любого газа при нормальных условиях содержится 6,022·1023 молекул.
Из закона Авогадро можно сделать важный вывод о том, что при одинаковых условиях различные газы, занимающие одинаковые объемы, имеют различные массы, т.к., при одинаковом кол-ве молекул их масса у различных газов различна - массы газов относятся друг к другу так же, как их молекулярные массы:
m1/m2 = M1/M2
- m1, m2 - массы первого и второго газа равных объемов;
- М1, М2 - молекулярные массы тех же газов.
Плотности двух газов относятся друг к другу, как их относительные молекулярные массы:
m1/m2 = ρ1/ρ2
- ρ1, ρ2 - плотность первого и второго газа, г/л.
|
Относительная плотность газов D показывает во сколько раз 1 моль одного газа тяжелее/легче 1 моля другого газа |
Относительная плотность D первого газа по второму:
D = m1/m2 = M1/M2 = ρ1/ρ2
Относительная плотность первого газа по второму рассчитывается по отношению молекулярных масс газов и при этом не зависит от условий. Например, плотность кислорода по водороду будет равна:
D = 32/2 = 16
Средняя молярная масса воздуха Dвоздуха=29.
Уравнение Клапейрона
При решении задач, связанных с газами, иногда приходится переходить от текущих условий к нормальным или наоборот. Для таких случаев следует пользоваться уравнением Клапейрона, которое еще называют уравнением объединенного газового закона:
| P·V/T = Pн·Vн/Tн |
- P - давление
- V - объём
- T - температура
Индекс "н" указывает на нормальные условия.
В том случае, если значения объемов газов измерялись при условиях, отличных от нормальных, в таких случаях используют уравнение Менделеева-Клапейрона:
pV = (m/M)RT pV = nRT
- p - давление газа;
- V - объем газа;
- n - кол-во газа;
- m - масса газа;
- M - молярная масса газа;
- R - универсальная газовая постоянная = 8,31 Дж/К·моль
См. далее: Растворы...
