Закон Авогадро

В равных объемах любых газов при одинаковых температуре и давлении содержится равное число молекул

Но равное число молекул содержится в 1 моле любого вещества. Отсюда - следствия из закона:

1. При одинаковых условиях 1 моль любого газа занимает один и тот же объем.

При нормальных условиях (н.у.: Т = 273 К, p = 101325 Па) этот объем, называемый молярным объемом газа, равен 22,4 л. V_M = 22,4 л/моль

2. Плотности газов, измеренные при одинаковых условиях, относятся как их молярные массы.

Плотность любого вещества ρ = m / V (для газов часто обозначается d).

Для 1 моля газа при н.у. m = М, V = V_M = 22,4, отсюда плотность газа d = М / 22,4.

Если обозначить плотность одного газа d₁ = М₁ / 22,4, плотность другого газа

d₂ = М₂ / 22,4 , то их отношение d₁ / d₂ = М₁ / М₂

Это отношение плотностей обозначается D = d₁ / d₂ и называется относительной плотностью данного газа по другому газу. Это величина, показывающая, во сколько раз один газ тяжелее или легче другого: D = М₁ / М₂

Если сравнивают данный газ с водородом, находят плотность данного газа по водороду:

М (Н₂) = 2 г/моль, D_Н2 = М₁ / 2

Плотность данного газа по кислороду: D_О2 = М₁ / 32

Плотность данного газа по воздуху: D_возд = М₁ / 29 (среднюю молярную массу воздуха как смеси газов, состоящей по объему ~ из 78% азота N₂ и 21% кислорода O₂, рассчитывают с учетом объемной доли каждого газа: М(воздуха) = 0,78 ^. 28 + 0,21 ^. 32 ≈ 29 г/моль).

Пользуясь этими соотношениями, легко определить молярную массу неизвестного газа (т.е. определить, какой это газ), измерив плотность этого газа (взвесив какой-либо его объем) и сравнив ее с плотностью любого известного газа.

Стехиометрические законы сыграли исключительно важную роль в науке. Они дали основу для составления химических формул веществ и проведения расчетов по уравнениям реакций. Мольные соотношения между реагирующими веществами показывают стехиометрические коэффициенты.

Стехиометрические законы показали, что атом каждого элемента обладает строго определенной способностью соединяться с другими атомами, определяемой его валентностью. В общем понимании валентность (от лат. valentia - сила) это способность атома элемента присоединять к себе (или замещать в молекулах различных соединений) определенное число атомов других элементов. Или по-другому: способность атома элемента образовывать определенное число химических связей.

Химические системы

Химическая система - это совокупность находящихся во взаимодействии частиц химических веществ, мысленно или фактически обособленная от окружающей среды. Например: раствор в стакане, вещества в колбе или промышленном аппарате, воздух рабочего помещения, вещества природного водоема (т.е. вещества относятся к системе, а все остальное - стакан, колба. аппарат и т.д. - к окружающей среде).

Химические системы подразделяют на гомогенные (однородные, состоящие из одной фазы, например: воздух, раствор спирта, раствор поваренной соли) и гетерогенные (неоднородные, состоящие из двух или более фаз, например: смесь воды и мела, смесь воды и растительного масла).

Фаза - часть системы, однородная во всех ее точках по химическому составу и свойствам и отделенная от других фаз системы поверхностью раздела. Необходимо четко различать понятия "фаза" и "агрегатное состояние", например: в системе вода + мел существуют 2 фазы (частицы мела, отделенные своей поверхностью от водной фазы) и 2 агрегатных состояния (твердый мел и жидкая вода), а в системе вода + масло - 2 фазы (частицы масла, отделенные своей поверхностью от водной фазы) и 1 агрегатное состояние (жидкое и для воды, и для масла).

Химическую систему характеризуют ее параметры: температура, давление, объем, масса и концентрация веществ.

Температура Т имеет единицы измерения К (в абсолютной шкале) или ◦С (в шкале Цельсия), 0 ◦С = 273,15 К. В абсолютной шкале точка 0 К называется абсолютным нулем. При температурах, близких к абсолютному нулю, проявляются необычные свойства веществ: сверхпроводимость металлов, сверхтекучесть гелия.

Давление p измеряется в Па, или н/м² (в международной системе СИ), атм и мм рт.ст. (в повседневной жизни), 1атм = 760 мм рт. ст. = 101325 Па.

Объем V измеряется в м³, дм³, см³, л, мл, 1 дм³ = 1 л, 1 см³ = 1 мл.

Сравнение веществ проводят в одинаковых, стандартных условиях. Часто используют так называемые нормальные условия (обозначаемые обычно н.у.): Т₀ = 273 К (0 ◦С) - нормальная температура, p₀ =101,325 кПа - нормальное давление, V₀ - объем при н.у.

Масса m измеряется в мг, г, кг, т.

Концентрация (с - общее обозначение, единицы измерения могут быть различными в зависимости от способа выражения концентрации) - величина, показывающая содержание вещества в каждой единице объема или массы системы. Например, для оценки экологической опасности вещества используют величины его предельно-допустимых концентраций ПДК в воздухе рабочей зоны в мг/м³, в воде водоема в мг/л. Концентрация - важнейшее, широко применяемое в химии понятие.

Основные способы выражения концентрации вещества в системе

Концентрация - отношение количества, массы или объема вещества, содержащегося в системе (компонента системы) к количеству, массе или объему всей системы (всех веществ, ее составляющих, - всех компонентов).

1. Массовая доля вещества ω - отношение массы компонента к общей массе системы. Измеряется в долях единицы или %.

На примере раствора: ω (в-ва) = m (в-ва) / m (р-ра)

или ω (в-ва) =(m (в-ва) / m (р-ра)) ^. 100% - массовая доля, выраженная в %, называется также процентной концентрацией.

(Для однокомпонентного раствора термины "концентрация вещества" и "концентрация раствора" являются синонимами).

2. Объемная доля вещества φ - отношение объема компонента к общему объему системы. Измеряется в долях единицы или %.

На примере раствора: φ (в-ва) = V (в-ва) / V(р-ра)

или φ (в-ва) = (V (в-ва) / V(р-ра)) ^. 100%

3. Молярная доля вещества χ - отношение количества вещества данного компонента (в молях) к общему количеству вещества системы (сумме молей всех компонентов).

Ее называют также мольной долей. Измеряется в долях единицы или %.

На примере однокомпонентного раствора: χ (в-ва) = n (в-ва) / n (в-ва) + n (р-рителя)

или χ (в-ва) = (n (в-ва) / n (в-ва) + n (р-рителя)) ^. 100%

4. Массовая концентрация вещества с - отношение массы компонента к общему объему системы. Единицы измерения: г/л, мг/л, мг/мл, г/м³.

На примере раствора: с (в-ва) = m (в-ва) / V(р-ра)

5. Молярная концентрация вещества с_М - отношение количества вещества данного компонента к общему объему системы. Единицы измерения: моль/л, моль/м³.

На примере раствора: с_М (в-ва) = n (в-ва) / V(р-ра)

Молярная концентрация, выраженная в моль/л, называется также молярностью раствора и обозначается М (показывает количество молярных масс вещества в 1л раствора), например: 1М - одномолярный раствор, 0,1М - децимолярный, 0,01М - сантимолярный.

6. Молярная концентрация эквивалентов вещества с_н - отношение количества вещества эквивалентов данного компонента к общему объему системы. Единицы измерения: моль/л.

На примере раствора: с_н (в-ва) = n_экв (в-ва) / V(р-ра)

Она называется также нормальной концентрацией, или нормальностью, и обозначается н (показывает количество эквивалентных масс вещества в 1л раствора), например: 1н - однонормальный раствор, 0,1н - децинормальный, 0,01н - сантинормальный.