Какво е числото на Авогадро или константата. Къде се използва числото на Авогадро?

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.

Молът е количеството вещество, което съдържа същия брой структурни елементи, колкото има атоми, съдържащи се в 12 g 12 C, а структурните елементи обикновено са атоми, молекули, йони и т.н. Масата на 1 мол вещество, изразено в грамове, е числено равно на своя мол. маса. Така 1 мол натрий има маса 22,9898 g и съдържа 6,02·10 23 атома; 1 мол калциев флуорид CaF 2 има маса (40,08 + 2 18,998) = 78,076 g и съдържа 6,02 10 23 молекули, както и 1 мол въглероден тетрахлорид CCl 4, чиято маса е (12,011 + 4 35,453) = 153,823 g и т.н.

Закон на Авогадро.

В зората на развитието на атомната теория (1811 г.) А. Авогадро излага хипотеза, според която при една и съща температура и налягане равни обеми идеални газове съдържат еднакъв брой молекули. По-късно беше доказано, че тази хипотеза е необходимо следствие от кинетичната теория и сега е известна като закон на Авогадро. Може да се формулира по следния начин: един мол от всеки газ при същата температура и налягане заема същия обем, при стандартна температура и налягане (0 ° C, 1,01 × 10 5 Pa), равен на 22,41383 литра. Това количество е известно като моларен обем на газ.

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 1865 г. от J. Loschmidt; Установено е, че 1 cm 3 идеален газ при нормални (стандартни) условия съдържа 2,68675 × 10 19 молекули. След името на този учен посочената стойност се нарича числото на Лошмид (или константа). Оттогава са разработени голям брой независими методи за определяне на числото на Авогадро. Отличното съответствие между получените стойности е убедително доказателство за реалното съществуване на молекулите.

Метод на Лошмид

представлява само исторически интерес. Основава се на предположението, че втечненият газ се състои от плътно опаковани сферични молекули. Чрез измерване на обема на течността, която се е образувала от даден обем газ, и знаейки приблизително обема на газовите молекули (този обем може да бъде представен въз основа на някои свойства на газа, като вискозитет), Лошмид получава оценка на числото на Авогадро ~10 22.

Определяне въз основа на измерване на заряда на електрона.

Единица за количество електричество, известна като числото на Фарадей Е, е зарядът, носен от един мол електрони, т.е. Е = не, Където д– електронен заряд, н– броят на електроните в 1 мол електрони (т.е. числото на Авогадро). Числото на Фарадей може да се определи чрез измерване на количеството електричество, необходимо за разтваряне или утаяване на 1 мол сребро. Внимателни измервания, извършени от Националното бюро по стандартизация на САЩ, дадоха стойността Е= 96490,0 C, а зарядът на електрона, измерен по различни методи (по-специално в експериментите на R. Millikan), е равен на 1,602 × 10 -19 C. От тук можете да намерите н. Този метод за определяне на числото на Авогадро изглежда един от най-точните.

Експериментите на Перин.

Въз основа на кинетичната теория е получен израз, включващ числото на Авогадро, който описва намаляването на плътността на газ (например въздух) с височината на колоната на този газ. Ако можем да изчислим броя на молекулите в 1 cm 3 газ на две различни височини, тогава, използвайки горния израз, бихме могли да намерим н. За съжаление, това е невъзможно да се направи, защото молекулите са невидими. Въпреки това през 1910 г. J. Perrin показа, че споменатият израз е валиден и за суспензии от колоидни частици, които се виждат в микроскоп. Преброяването на броя на частиците, разположени на различни височини в суспензионната колона, даде числото на Авогадро 6,82×10 23. От друга серия от експерименти, в които е измерено средноквадратичното изместване на колоидните частици в резултат на тяхното брауново движение, Перин получава стойността н= 6,86Х10 23. Впоследствие други изследователи повториха някои от експериментите на Перин и получиха стойности, които са в добро съответствие с приетите в момента. Трябва да се отбележи, че експериментите на Перин отбелязаха повратна точка в отношението на учените към атомната теория на материята - преди това някои учени я смятаха за хипотеза. У. Оствалд, изключителен химик от онова време, изрази тази промяна във възгледите по следния начин: „Съответствието на Брауновото движение с изискванията на кинетичната хипотеза... принуди дори най-песимистичните учени да говорят за експериментално доказателство на атомната теория. .”

Изчисления с помощта на числото на Авогадро.

С помощта на числото на Авогадро са получени точни стойности за масата на атомите и молекулите на много вещества: натрий, 3,819×10 –23 g (22,9898 g/6,02×10 23), тетрахлорид на въглерода, 25,54×10 –23 g и др. . Може също да се покаже, че 1 g натрий трябва да съдържа приблизително 3x1022 атома от този елемент.
Вижте също

Законът на Авогадро е формулиран от италианския химик Амадео Авогадро през 1811 г. и е от голямо значение за развитието на химията по това време. Но дори и днес той не е загубил своята актуалност и значение. Нека се опитаме да формулираме закона на Авогадро, той ще звучи по следния начин.

Формулиране на закона на Авогадро

И така, законът на Авогадро гласи, че при еднакви температури и в равни обеми газове ще се съдържат същия брой молекули, независимо от тяхната химична природа и физични свойства. Това число е определена физическа константа, равна на броя на молекулите и йоните, съдържащи се в един мол.

Първоначално законът на Авогадро е само хипотеза на учения, но по-късно тази хипотеза е потвърдена от голям брой експерименти, след което навлиза в науката под името „закон на Авогадро“, който е предназначен да се превърне в основен закон за идеалните газове.

Формулата на закона на Авогадро

Самият откривател на закона смята, че физическата константа е голяма величина, но не знае коя. След смъртта му в хода на множество експерименти е установен точният брой атоми, съдържащи се в 12 g въглерод (точно 12 g е единицата за атомна маса на въглерода) или в моларен обем газ, равен на 22,41 литра. Тази константа е наречена "числото на Авогадро" в чест на учения, обозначена е като NA, по-рядко L и е равна на 6,022 * 10 23. С други думи, броят на молекулите на всеки газ в обем от 22,41 литра ще бъде еднакъв както за леките, така и за тежките газове.

Математическата формула на закона на Авогадро може да бъде записана по следния начин:

Където V е обемът на газа; n е количеството на веществото, което е отношението на масата на веществото към неговата моларна маса; VM е константата на пропорционалността или моларен обем.

Приложение на закона на Авогадро

По-нататъшното практическо приложение на закона на Авогадро значително помогна на химиците да определят химичните формули на много съединения.

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.