Името на числото на авогадро е. Закон на Авогадро в химията. Изчисляване на обема на газа за нормални условия

Законът на Авогадро в химията помага да се изчисли обемът, моларната маса, количеството на газообразното вещество и относителната плътност на газа. Хипотезата е формулирана от Амедео Авогадро през 1811 г. и по-късно е потвърдена експериментално.

закон

Джоузеф Гей-Лусак е първият, който изучава газовите реакции през 1808 г. Той формулира законите на топлинното разширение на газовете и обемните отношения, като получава кристално вещество - NH 4 Cl (амониев хлорид) от хлороводород и амоняк (два газа). Оказа се, че за създаването му е необходимо да се вземат същите обеми газове. Освен това, ако един газ е в излишък, тогава "допълнителната" част остава неизползвана след реакцията.

Малко по-късно Авогадро формулира заключението, че при еднакви температури и налягане равни обеми газове съдържат еднакъв брой молекули. Освен това газовете могат да имат различни химични и физични свойства.

Ориз. 1. Амедео Авогадро.

Законът на Авогадро има две последици:

• първи - един мол газ, при равни условия, заема същия обем;
• второ - съотношението на масите на равни обеми на два газа е равно на отношението на техните моларни маси и изразява относителната плътност на единия газ спрямо другия (обозначава се с D).

Нормални условия (n.s.) се считат за налягане P=101,3 kPa (1 atm) и температура T=273 K (0°C). При нормални условия моларният обем на газовете (обемът на веществото, разделен на неговото количество) е 22,4 l/mol, т.е. 1 мол газ (6,02 ∙ 10 23 молекули - постоянното число на Авогадро) заема обем от 22,4 литра. Моларен обем (V m) е постоянна стойност.

Ориз. 2. Нормални условия.

Разрешаване на проблем

Основното значение на закона е възможността за извършване на химически изчисления. Въз основа на първото следствие от закона можем да изчислим количеството на газообразно вещество чрез обем, като използваме формулата:

където V е обемът на газа, V m е моларният обем, n е количеството вещество, измерено в молове.

Второто заключение от закона на Авогадро се отнася до изчисляването на относителната плътност на газа (ρ). Плътността се изчислява по формулата m/V. Ако вземем предвид 1 мол газ, формулата за плътност ще изглежда така:

ρ (газ) = ​​M/V m,

където М е масата на един мол, т.е. моларна маса.

За да се изчисли плътността на един газ от друг газ, е необходимо да се знаят плътностите на газовете. Общата формула за относителната плътност на газ е следната:

D (y) x = ρ(x) / ρ(y),

където ρ(x) е плътността на единия газ, ρ(y) е плътността на втория газ.

Ако заместите изчислението на плътността във формулата, получавате:

D (y) x = M(x) / V m / M(y) / V m.

Моларният обем се намалява и остава

D (y) x = M(x) / M(y).

Нека разгледаме практическото приложение на закона, като използваме примера на две задачи:

• Колко литра CO 2 ще бъдат получени от 6 mol MgCO 3 по време на разлагането на MgCO 3 в магнезиев оксид и въглероден диоксид (n.s.)?
• Каква е относителната плътност на CO 2 във водорода и във въздуха?

Нека първо решим първия проблем.

n(MgCO3) = 6 mol

MgCO 3 = MgO+CO 2

Количеството магнезиев карбонат и въглероден диоксид е еднакво (по една молекула), така че n(CO 2) = n(MgCO 3) = 6 mol. От формулата n = V/V m можете да изчислите обема:

V = nV m, т.е. V(CO 2) = n(CO 2) ∙ V m = 6 mol ∙ 22,4 l/mol = 134,4 l

Отговор: V(CO 2) = 134,4 l

Решение на втория проблем:

• D (H2) CO 2 = M(CO 2) / M(H 2) = 44 g/mol / 2 g/mol = 22;
• D (въздух) CO 2 = M(CO 2) / M (въздух) = 44 g/mol / 29 g/mol = 1,52.

Ориз. 3. Формули за количеството на веществото по обем и относителна плътност.

Формулите на закона на Авогадро работят само за газообразни вещества. Не са приложими за течности и твърди вещества.

Какво научихме?

Според формулировката на закона равни обеми газове при еднакви условия съдържат еднакъв брой молекули. При нормални условия (n.s.) стойността на моларния обем е постоянна, т.е. V m за газове винаги е равно на 22,4 l/mol. От закона следва, че един и същи брой молекули на различни газове при нормални условия заемат един и същ обем, както и относителната плътност на един газ спрямо друг - отношението на моларната маса на един газ към моларната маса на втори газ.

Тест по темата

Оценка на доклада

Среден рейтинг: 4 . Общо получени оценки: 91.

> Номерът на Авогадро

Разберете какво е равно Числото на Авогадров бенки. Изследвайте съотношението на количеството вещество на молекулите и числото на Авогадро, Брауновото движение, газовата константа и Фарадей.

Броят на молекулите в един мол се нарича числото на Авогадро, което е 6,02 x 10 23 mol -1.

Учебна цел

• Разберете връзката между числото на Авогадро и бенките.

Главни точки

• Авогадро предложи в случай на еднакво налягане и температура равните газови обеми да съдържат еднакъв брой молекули.
• Константата на Авогадро е важен фактор, тъй като свързва други физически константи и свойства.
• Алберт Айнщайн вярва, че това число може да бъде получено от количествата на брауновото движение. За първи път е измерен през 1908 г. от Жан Перин.

Условия

• Газовата константа е универсалната константа (R), която следва от закона за идеалния газ. Получава се от константата на Болцман и числото на Авогадро.
• Константата на Фарадей е количеството електрически заряд на мол електрони.
• Брауновото движение е произволно изместване на елементи, образувани поради удари с отделни молекули в течност.

Ако сте изправени пред промяна в количеството на дадено вещество, по-лесно е да използвате единица, различна от броя на молекулите. Молът служи като основна единица в международната система и пренася вещество, съдържащо същия брой атоми, както се съхраняват в 12 g въглерод-12. Това количество вещество се нарича число на Авогадро.

Той успя да установи връзка между масите на същия обем от различни газове (при условия на еднаква температура и налягане). Това насърчава връзката на техните молекулни маси

Числото на Авогадро представлява броя на молекулите в един грам кислород. Не забравяйте, че това е индикация за количествена характеристика на дадено вещество, а не независимо измерение на измерването. През 1811 г. Авогадро предполага, че обемът на газ може да бъде пропорционален на броя на атомите или молекулите и това няма да бъде повлияно от природата на газа (броят е универсален).

Нобеловата награда за физика е присъдена на Жан Перин през 1926 г. за неговото извеждане на константата на Авогадро. Значи числото на Авогадро е 6,02 x 10 23 mol -1.

Научна значимост

Константата на Авогадро играе ролята на важно звено в макро- и микроскопичните природни наблюдения. Това един вид полага мост за други физически константи и свойства. Например, той установява връзка между газовата константа (R) и константата на Болцман (k):

R = kN A = 8,314472 (15) J mol -1 K -1 .

А също и между константата на Фарадей (F) и елементарния заряд (e):

F = N A e = 96485.3383 (83) C mol -1 .

Изчисляване на константа

Определянето на числото влияе върху изчисляването на масата на атома, която се получава чрез разделяне на масата на мол газ на числото на Авогадро. През 1905 г. Алберт Айнщайн предлага да го изведе въз основа на величината на брауновото движение. Именно тази идея тества Жан Перин през 1908 г.

Според промените в дефинициите на базовите единици SI, то е точно равно на

Понякога в литературата се прави разлика между Константата на Авогадро н A, имащ размерност mol −1 и числено равен на безразмерния Числото на АвогадроА .

Закон на Авогадро

История на постоянно измерване

Самият Авогадро не е оценил броя на молекулите в даден обем, но е разбрал, че това е много голяма стойност. Първият опит да се намери броят на молекулите, заемащи даден обем, е направен през годината Джоузеф Лошмид. От изчисленията на Лошмид следва, че за въздуха броят на молекулите на единица обем е 1,81⋅10 18 cm −3, което е приблизително 15 пъти по-малко от истинската стойност. Осем години по-късно Максуел дава много по-точна оценка от „около 19 милиона милиона милиона” молекули на кубичен сантиметър, или 1,9⋅10 19 cm −3. Според неговата оценка броят на Авогадро беше приблизително 10 22 (\displaystyle 10^(22)).

Всъщност 1 cm³ идеален газ при нормални условия съдържа 2,68675⋅10 19 молекули. Това количество се нарича число на Лошмид (или константа). Оттогава са разработени голям брой независими методи за определяне на числото на Авогадро. Отличното съответствие между получените стойности предоставя убедителни доказателства за действителния брой молекули.

Съвременни оценки

Стойността на числото на Авогадро, официално прието през 2010 г., е измерена с помощта на две сфери, направени от силиций-28. Сферите са получени в Института за кристалография Лайбниц и полирани в Австралийския център за прецизна оптика толкова гладко, че височината на издатините на тяхната повърхност не надвишава 98 nm. За тяхното производство е използван силиций-28 с висока чистота, изолиран в Нижни Новгород от силициев тетрафлуорид, силно обогатен на силиций-28, получен в Централното конструкторско бюро по машиностроене в Санкт Петербург.

Имайки такива практически идеални обекти, е възможно да се изчисли с висока точност броят на силициевите атоми в топката и по този начин да се определи числото на Авогадро. Според получените резултати е равно на 6,02214084(18) 10 23 mol −1 .

Връзка между константи

Вижте също

Коментари

Бележки

1. Преди това се показваше като брой молекули в грам-молекулаили атоми в грам-атом.
2. Константата на Авогадро// Физическа енциклопедия / Гл. изд. А. М. Прохоров. - М.: Съветска енциклопедия, 1988. - Т. 1. - С. 11. - 704 с. - 100 000 копия
3. За разлика от н, указващ броя на частиците (англ. Номер на частиците)
4. http://www.iupac.org/publications/books/gbook/green_book_2ed.pdf
5. , С. 22-23.
6. , С. 23.
7. Относно евентуалното бъдещо преразглеждане на Международната система от единици SI. Резолюция 1 от 24-то заседание на CGPM (2011 г.).

Той се превърна в истински пробив в теоретичната химия и допринесе за факта, че хипотетичните предположения се превърнаха в големи открития в областта на газовата химия. Предположенията на химиците получиха убедителни доказателства под формата на математически формули и прости зависимости, а резултатите от експериментите вече позволиха да се направят далечни заключения. Освен това италианският изследовател извежда количествена характеристика на броя на структурните частици на химичния елемент. Впоследствие числото на Авогадро се превърна в една от най-важните константи в съвременната физика и химия.

Закон за обемните отношения

Честта да бъде откривател на газовите реакции принадлежи на Гей-Люсак, френски учен от края на 18 век. Този изследовател даде на света добре познат закон, който управлява всички реакции, свързани с разширяването на газовете. Gay-Lussac измерва обемите на газовете преди реакцията и обемите, получени в резултат на химическото взаимодействие. В резултат на експеримента ученият стигна до заключение, известно като закон за простите обемни отношения. Същността му е, че обемите на газовете преди и след са свързани помежду си като малки цели числа.

Например при взаимодействие на газообразни вещества, съответстващи например на един обем кислород и два обема водород, се получават два обема парообразна вода и т.н.

Законът на Гей-Лусак е валиден, ако всички измервания на обема се извършват при едно и също налягане и температура. Този закон се оказва много важен за италианския физик Авогадро. Ръководен от него, той извежда своята хипотеза, която има далечни последици в химията и физиката на газовете, и изчислява числото на Авогадро.

италиански учен

Закон на Авогадро

През 1811 г. Авогадро стига до разбирането, че равни обеми произволни газове при постоянни температури и налягания съдържат еднакъв брой молекули.

Този закон, по-късно кръстен на италианския учен, въвежда в науката идеята за най-малките частици материя - молекули. Химията беше разделена на емпирична наука, каквато беше, и количествена наука, в която се превърна. Авогадро специално подчертава, че атомите и молекулите не са едно и също нещо и че атомите са градивните елементи на всички молекули.

Законът на италианския изследовател му позволи да стигне до извода за броя на атомите в молекулите на различни газове. Например, след като изведе закона на Авогадро, той потвърди предположението, че молекулите на газове като кислород, водород, хлор, азот се състоят от два атома. Също така стана възможно да се установят атомните маси и молекулните маси на елементи, състоящи се от различни атоми.

Атомни и молекулни маси

При изчисляване на атомното тегло на даден елемент първоначално за мерна единица се приема масата на водорода, като най-лекото химическо вещество. Но атомните маси на много химични вещества се изчисляват като съотношение на техните кислородни съединения, т.е. съотношението на кислород и водород се приема като 16:1. Тази формула беше донякъде неудобна за измервания, така че масата на изотопа на въглерода, най-често срещаното вещество на земята, беше взета като стандарт на атомната маса.

Принципът за определяне на масите на различни газообразни вещества в молекулен еквивалент се основава на закона на Авогадро. През 1961 г. е приета единна референтна система за относителни атомни количества, която се основава на условна единица, равна на 1/12 от масата на един въглероден изотоп 12 C. Съкратеното наименование на единицата за атомна маса е a.m.u. Според тази скала атомната маса на кислорода е 15,999 amu, а на въглерода е 1,0079 amu. Така възниква нова дефиниция: относителната атомна маса е масата на атом от веществото, изразена в amu.

Маса на молекула на веществото

Всяко вещество се състои от молекули. Масата на такава молекула се изразява в amu; тази стойност е равна на сумата от всички атоми, които съставляват нейния състав. Например, една водородна молекула има маса 2,0158 amu, тоест 1,0079 x 2, и молекулната маса на водата може да се изчисли от нейната химична формула H 2 O. Два водородни атома и един кислороден атом дават 18. 0152 аму

Стойността на атомната маса за всяко вещество обикновено се нарича относителна молекулна маса.

Доскоро вместо понятието „атомна маса“ се използва изразът „атомно тегло“. В момента не се използва, но все още се среща в стари учебници и научни трудове.

Единица за количество вещество

Заедно с единиците за обем и маса, химията използва специална мярка за количеството на веществото, наречена мол. Тази единица показва количеството вещество, което съдържа толкова молекули, атоми и други структурни частици, колкото се съдържат в 12 g въглероден изотоп 12 C. При практическото приложение на мол вещество трябва да се има предвид кои частици от има се предвид елементи - йони, атоми или молекули. Например, моловете H + йони и моловете H 2 молекули са напълно различни мерки.

Понастоящем количеството вещество на мол вещество се измерва с голяма точност.

Практическите изчисления показват, че броят на структурните единици в един мол е 6,02 x 10 23. Тази константа се нарича число на Авогадро. Наречено на италианския учен, това химическо количество показва броя на структурните единици в мол от всяко вещество, независимо от неговата вътрешна структура, състав и произход.

Моларна маса

Масата на един мол вещество в химията се нарича "моларна маса"; тази единица се изразява като съотношението g/mol. Използвайки стойността на моларната маса на практика, можем да видим, че моларната маса на водорода е 2,02158 g/mol, на кислорода е 1,0079 g/mol и т.н.

Последици от закона на Авогадро

Законът на Авогадро е напълно приложим за определяне на количеството вещество при изчисляване на обема на газ. Еднакъв брой молекули на всяко газообразно вещество, при постоянни условия, заема еднакъв обем. От друга страна, 1 мол от всяко вещество съдържа постоянен брой молекули. Изводът се налага сам: при постоянна температура и налягане един мол газообразно вещество заема постоянен обем и съдържа равен брой молекули. Числото на Авогадро гласи, че 1 мол газ съдържа 6,02 x 1023 молекули.

Изчисляване на обема на газа за нормални условия

Нормалните условия в химията са атмосферно налягане от 760 mm Hg. Изкуство. и температура 0 o C. При тези параметри експериментално е установено, че масата на един литър кислород е 1,43 kg. Следователно обемът на един мол кислород е 22,4 литра. При изчисляване на обема на който и да е газ, резултатите показват същата стойност. Така константата на Авогадро направи друго заключение относно обемите на различни газообразни вещества: при нормални условия един мол от който и да е газообразен елемент заема 22,4 литра. Тази постоянна стойност се нарича моларен обем на газа.

От училищен курс по химия знаем, че ако вземем един мол от всяко вещество, то ще съдържа 6.02214084(18).10^23 атома или други структурни елементи (молекули, йони и т.н.). За удобство числото на Авогадро обикновено се записва в следната форма: 6.02. 10^23.

Защо обаче константата на Авогадро (на украински „стана Авогадро“) е равна точно на тази стойност? В учебниците няма отговор на този въпрос, а историците по химия предлагат най-различни версии. Изглежда, че числото на Авогадро има някакво тайно значение. В крайна сметка има магически числа, които някои включват пи, числата на Фибоначи, седем (на изток осем), 13 и т.н. Ще се борим с информационния вакуум. Няма да говорим за това кой е Амедео Авогадро и защо в чест на този учен, в допълнение към формулирания от него закон, е наречена и намерената константа. За това вече са изписани много статии.

За да бъда точен, не съм участвал в броенето на молекули или атоми в определен обем. Първият, който се опита да разбере колко молекули газ

съдържащи се в даден обем при същото налягане и температура, е Джоузеф Лошмид и това е през 1865 г. В резултат на своите експерименти Лошмид стигна до извода, че в един кубичен сантиметър от всеки газ при нормални условия има 2,68675. 10^19 молекули.

Впоследствие бяха изобретени независими методи за определяне на числото на Авогадро и тъй като резултатите в повечето случаи съвпадаха, това отново говори в полза на реалното съществуване на молекули. В момента броят на методите е над 60, но през последните години учените се опитват да подобрят още повече точността на оценката, за да въведат нова дефиниция на термина „килограм“. Досега килограмът е сравняван с избран материален стандарт без фундаментално определение.

Нека обаче се върнем на нашия въпрос - защо тази константа е равна на 6,022. 10^23?

В химията през 1973 г. за удобство при изчисленията беше предложено да се въведе такова понятие като „количество вещество“. Молът става основна единица за измерване на количеството. Според препоръките на IUPAC количеството на всяко вещество е пропорционално на броя на неговите специфични елементарни частици. Коефициентът на пропорционалност не зависи от вида на веществото, а числото на Авогадро е неговата реципрочна стойност.

За по-голяма яснота, нека вземем пример. Както е известно от дефиницията на единицата за атомна маса, 1 a.u.m. съответства на една дванадесета от масата на един въглероден атом 12C и е 1,66053878,10^(−24) грама. Ако умножите 1 аму. чрез константата на Авогадро получаваме 1000 g/mol. Сега да вземем малко, да речем, берилий. Според таблицата масата на един берилиев атом е 9,01 amu. Нека изчислим на какво е равен един мол атоми на този елемент:

6,02 x 10^23 mol-1 * 1,66053878x10^(−24) грама * 9,01 = 9,01 грама/мол.

Така се оказва, че числено той съвпада с атомния.

Константата на Авогадро е специално избрана така, че моларната маса да съответства на атомна или безразмерна величина - относителна молекулна.Можем да кажем, че числото на Авогадро дължи появата си, от една страна, на атомната единица маса, а от друга, на общоприета единица за сравняване на маса - грам.