Закон об'ємних відношень

У хімічних реакціях з участю газуватих реагентів і (або) про­дуктів об'єм реакційної суміші на відміну від її маси може зміню­ватися. Зміна об'єму кожного газу підлягає певним закономірнос­тям.

Об'ємні співвідношення в хімічних реакціях між газами визна­чає закон об'ємних відношень (Гей-Люссак, 1808): у хімічних реакціях об'єми газуватих речовин (реагентів і продуктів) відно­сяться між собою як невеликі цілі числа. Наприклад, з одним об'ємом кисню реагують два об'єми діоксиду Сульфуру з утворенням двох об'ємів триоксиду Сульфуру, тобто їхні об'ємні співвідно­шення дорівнюють 1:2:2.

Закон Гей-Люссака не уточнює, у вигляді яких частинок (атомів чи молекул) реагують одноелементні гази. В той час вважали, що гази складаються з атомів, оскільки розміри атомів різних газів неоднакові, то й число атомів у рівних об'ємах різних газів повинно бути різним. Це суперечило експериментальним спостереженням. Протиріччя було усунене лише після того, як виявилось, що багато газів складається з двохатомних молекул.

Закон авогадро

Одним з основних газових законів є закон Авогадро, сформу­льований спочатку як гіпотеза (1811): у рівних об'ємах будь-яких газів за однакових умов міститься однакова кількість молекул. Згідно з законом, кількість молекул, а отже, і кількість газу п повинна бути пропорційна об'єму газу V:

n = kV (при сталих р і Т),

де k — коефіцієнт пропорційності, що залежить від тиску та температури. Для двох різних станів одного й того ж газу матиме­мо:

Погляди Авогадро не відразу були прийняті хіміками, оскільки на той час у хімії панували погляди Берцеліуса про електрохіміч­ний дуалізм речовин. Існувала думка, що можуть сполучатись тільки атоми з різними зарядами. Лише завдяки працям Канніц-царо (1860) закон Авогадро був визнаний. Авогадро встановив логічний зв'язок між емпіричним законом Гей-Люссака, з одного боку, і атомною теорією Дальтона — з другого. Він пояснив уже відомі факти, які привели до відкриття закону об'ємних відношень, обгрунтував поняття про молекулу, дав змогу визначити склад молекул і основну їхню характеристику — молекулярну масу.

Із закону Авогадро можна зробити щонайменше три висновки, корисні для кількісних розрахунків:

1. Оскільки моль будь-якої речовини містить однакове число структурних частинок (N_A = 6,02 • 10²³ моль ^-1), то їхні об'єми в газуватому стані за однакових умов будуть однаковими. За нор­мальних умов (н.у.) — р₀ = 1,01 • 10⁵ Па, Т_о = 273,15 К — молярний об'єм різних газів становить 22,4 л/моль. Зокрема, відомо, що маса 1 л кисню за н.у. дорівнює 1,42 г, звідки

2. Знаючи число Авогадро і молярну масу, можна обчислити абсолютні маси атомів і молекул. Маса одного атома Гідрогену

3. Маси однакових об'ємів різних газів за однакових умов відносяться як їхні молярні маси

Ці відношення називають відносною густиною d першого газу за другим (відомим).

Оскільки густина газу р = М/У_т, то нормальна густина газу

а кількість речовини, що міститься в даному об'ємі газу,

Розглянуті закони, як і інші закони газового стану, були вста­новлені емпірично, але їх можна вивести з кінетичної теорії газів.