Молярний об’єм газу
Головними характеристиками газів є їх об’єм, тиск та температура.
Закон об’ємних відносин
В 1808 відомий французький хімік Ж. Л. Гей-Люссак відкрив і сформулював закон об’ємних відносин для газів, що встановлює об’ємні співвідношення газів, що вступають у хімічні реакції.
Обсяги газів, що вступають у реакцію за однакових умов, співвідносяться один до одного і до обсягів газів, що виходять в результаті реакції, як прості цілі числа
Наприклад:
2H2 + O2 = 2H2O (газ) 2:1:2
Закон Авогадро
У 1811 р. А. Авогадро відкрив закон, названий його ім’ям.
При однакових тисках і температурі в рівних за обсягом різних газах міститься однакове число молекул
Із закону Авогадро випливає, що:
- за однакових умов однакова кількість молекул різних газів займає однаковий об’єм;
- за нормальних умов (t=0°C; p=760 мм рт.ст.) один моль будь-якого газу займає об’єм, рівний 22,4 л, який називається молярним об’ємом.
Vm = V/n, л/моль
- Vm – молярний об’єм;
- V – об’єм газу, л;
- n – кількість речовини, моль.
Молярний об’єм газу Vm дорівнює відношенню обсягу газу до кількості речовини в цьому обсязі
Vm=22,4 л/моль (при н. у.)
Число (постійна) Авогадро: в 1 молі будь-якого газу за нормальних умов міститься 6,022 · 1023 молекул
Із закону Авогадро можна зробити висновок про те, що при однакових умовах різні гази, що займають однакові об’єми, мають різні маси, тому що при однаковій кількості молекул їх маса у різних газів різна – маси газів ставляться один до одного так ж, як їх молекулярні маси:
m1/m2 = M1/M2
- m1, m2 – маси першого та другого газу рівних об’ємів;
- М1, М2 – молекулярні маси тих самих газів.
Щільності двох газів відносяться один до одного, як їх відносні молекулярні маси:
m1/m2 = ρ1/ρ2
- ρ1, ρ2 – щільність першого та другого газу, г/л.
Відносна щільність газів D показує у скільки разів 1 моль одного газу важче/легше 1 моля іншого газу
Відносна щільність D першого газу по другому:
D = m1/m2 = M1/M2 = ρ1/ρ2
Відносна щільність першого газу по другому розраховується по відношенню молекулярних мас газів і при цьому не залежить від умов. Наприклад, щільність кисню по водню дорівнюватиме:
D = 32/2 = 16
Середня молярна маса повітря Dповітря = 29.
Рівняння Клапейрона
При вирішенні завдань, пов’язаних із газами, іноді доводиться переходити від поточних умов до нормальних чи навпаки. Для таких випадків слід користуватись рівнянням Клапейрона, яке ще називають рівнянням об’єднаного газового закону:
P·V/T = Pн·Vн/Tн
- P – тиск
- V – об’єм
- T – температура
Індекс “н” вказує на нормальні умови.
У тому випадку, якщо значення обсягів газів вимірювалися за умов, відмінних від нормальних, у таких випадках використовують рівняння Менделєєва-Клапейрона:
pV = (m/M)RT
pV = nRT
- p – тиск газу;
- V – об’єм газу;
- n – кількість газу;
- m – маса газу;
- M – молярна маса газу;
- R – універсальна газова константа = 8,31 Дж/К·моль