Закон Авогадро

Принцип, який в 1811 році сформулював італійський хімік Амадео Авогадро (1776-1856), говорить: при однакових температурах і тиску в рівних обсягах газів буде міститися однакове число молекул, незалежно від їх хімічної природи і фізичних властивостей. Це число є фізичною константою, чисельно рівної кількості молекул, атомів, електронів іонів або інших частинок, що містяться в одному молі. Пізніше гіпотеза Авогадро, підтверджена великим числом експериментів, стала вважатися для ідеальних газів одним з основних законів, що ввійшли в науку під назвою закон Авогадро, і його слідства всі засновані на твердженні, що моль будь-якого газу, у разі однакових умов, займатиме однаковий обсяг, званий молярним.

Сам Амадео Авогадро припускав, що фізична константа є дуже великою, але тільки безліч незалежних методів, вже після смерті вченого, дозволили експериментально встановити число атомів, що міститься в 12 г (є атомної одиницею маси вуглецю) або в молярном обсязі газу (при Т = 273,15 К і р = 101,32 кПа), рівному 22,41 л. Константу прийнято позначати, як NA або рідше L. Вона названа на честь вченого - число Авогадро, і дорівнює воно, приблизно, 6,022 • 1023. Це і є число молекул будь-якого газу, що знаходиться в об'ємі 22,41 л, воно однаково і для легких газів (водню), і для важких газів (Двоокис вуглецю). Закон Авогадро математично можна виразити: V / n = VM, де:

• V - об'єм газу;
• n - кількість речовини, яка є відношенням маси речовини до його маси молярной;
• VM - константа пропорційності або молярний об'єм.

Амадео Авогадро належав до шляхетного сімейства, яке проживало в північній частині Італії. Він народився 09.08.1776 в Турині. Його батько - Філіппо Авогадро - був службовцем судового відомства. Прізвище на венеціанському середньовічному діалекті означала адвоката або чиновника, який взаємодіяв з людьми. За існуючою в ті часи традиції, посади та професії передавалися у спадок. Тому в 20 років Амадео Авогадро отримав ступінь, ставши доктором законознавства (церковного). Фізику і математику він почав самостійно вивчати в 25 років. У своїй науковій діяльності займався вивченням електричних явищ і дослідженнями в області електрохімії. Проте в історію науки Авогадро увійшов, зробивши до атомістичної теорії дуже важливе доповнення: ввів поняття про найдрібніші частинки речовини (молекулі), здатної існувати самостійно. Це було важливо для пояснення простих об'ємних відносин між газами, які вступили в реакцію, а закон Авогадро став мати велике значення для розвитку науки і широко застосовуватися на практиці.

Але сталося це не відразу. Деякими хіміками закон Авогадро був визнаний через десятиліття. Опонентами італійського професора фізики били такі знамениті і визнані наукові авторитети, як Берцеліус, Дальтон, Деві. Їх помилки призвели до багаторічних суперечок про хімічною формулою молекули води, так як існувала думка, що її слід записувати не H2O, а HO або H2O2. І тільки закон Авогадро допоміг встановити склад молекул води та інших простих і складних речовин. Амадео Авогадро стверджував, що молекули простих елементів складаються з двох атомів: O2, H2, Cl2, N2. З чого випливало, що реакцію між воднем і хлором, в результаті якої буде утворений хлороводень, можна записати у вигляді: Cl2 + H2 - 2HCl. При взаємодії однієї молекули Cl2 з однією молекулою H2, утворюються дві молекули HCl. Об'єм, який займатиме HCl, повинен бути в два рази більше обсягу кожного, з вступили в цю реакцію, компонентів, тобто повинен дорівнювати їх сумарним обсягом. Тільки починаючи з 1860 року, почав активно застосовуватися закон Авогадро, і наслідки з нього дозволили встановити істинні значення атомних мас деяких хімічних елементів.

Одним з основних висновків, зроблених на його підставі, стало рівняння, що описує стан ідеального газу: p •VM = R • T, де:

• VM - молярний обсяг;
• p - тиск газу;
• T - абсолютна температура, К;
• R - універсальна газова стала.

Об'єднаний газовий закон також є наслідком закону Авогадро. При постійній масі речовини виглядає, як (p • V) / T = n • R = const, а його форма запису: (p1 • V1) / T1 = (p2 • V2) / T2 дозволяє робити розрахунки при переході газу з одного стану (позначено індексом 1) в інше (з індексом 2).

Закон Авогадро дозволив зробити і другий немаловажний висновок, що відкрив шлях для експериментального визначення молекулярних мас тих речовин, які при переході в газоподібний стан не розкладаються. M1 = M2 • D1, де:

• M1 - маса молярна для першого газу;
• M2 - маса молярна для другого газу;
• D1 - відносна щільність першого газу, яку встановлюють за воднем або повітрю (за воднем: D1 = M1 / 2, по повітрю D1 = M1 / 29, де 2 і 29 - це молярні маси водню і повітря відповідно).