Закон Авогадро

В 1811 г. А. Авогадро выдвинул положение: в равных объемах разных идеальных газов, находящихся при одинаковых температурах и давлениях, заключено равное число молекул.

Т.к. в одном и том же количестве вещества содержится одно и то же число его частиц, то современная трактовка такова: в равных объемах любых идеальных газов при одинаковых давлениях и температуре содержится одно и то же количество вещества.

Единицей количества вещества является моль – количество вещества в граммах, численно равное его молекулярной массе. Более строго моль опре­деляется как количество вещества, в котором содержится столько молекул, сколько атомов углерода содержится в 0,012 кг изотопа углерода . Киломоль (кмоль= ) – количество вещества в килограммах, численно рав­ное его молекулярной массе (соответственно киломоль – в 12 кг того же изо­топа).

Молярная масса

определяется отношением массы к количеству вещества :

. (3.10)

Молярная масса – это масса вещества, взятого в количестве одного моля, т.е. , т. К. , то

,

т.е. она численно совпадает с относительной молекулярной массой, но является размерной величиной.

Из определения киломоля следует, что молярная масса углерода составляет , где 12 – относительная молекулярная масса углерода .

Для любого другого вещества числовое значение молярной массы так­же равно его относительной молекулярной массе.

Относительной молекулярной массой М_r называется отношение массы молекулы m этого вещества к 1/12 массы атома углерода mc:

(3.11)

- величина безразмерная.

Следовательно, для водорода с относительной молекулярной массой Мr = 2,016 молярная масса равна 2,016 кг/кмоль, для кислорода с Мг = 32, М=32 кг/кмоль и т.д.

Молярный объем определяется отношением объема к количеству вещества n:

. (3.12)

Значит, следует, что молярный объем любого идеального газа при оди­наковых давлении и температуре один и тот же.

В каждом моле содержится одинаковое число молекул (постоянная Авогадро)

.

Значение молярного объема идеального газа в нормальных физических условиях (t=0° С; p= 101325; Па =760 мм. Рт.с) принято равным 22,4136 и называется нормальным объе­мом.

Поскольку величина при данных p и Т не зависит от вида газа, то можно проиллюстрировать этот подсчет, например на кислороде

. (3.13)

По известному значению молярной массы идеального газа М можно определить его удельный объем и плотность в нормальных физических условиях

и . (3.14)

Например, относительная молекулярная масса водорода M_r равна 2,016, поэтому его молярная масса М = 2,016 кг/моль, а

при этом и .

Относительная молекулярная масса окиси углерода M_r = 12,01+16 = 28,01. Поэтому M_r = 28,01 кг/кмоль, и .

В практических расчетах довольно часто приходится определять плот­ность того или иного газа при различных давлениях и температурах. Для по­лучения удобного расчетного уравнения напишем уравнение состояния в ви­де

. (3.15)

Пусть нам известна плотность при и .

Уравнение состояния для этих условий имеет вид

. (3.16)

Путем деления этих уравнений друг на друга, получим

. (3.17)

Заменяя величины и обратными, т.е. принимая

и , получаем

. (3.18)

Если известны и для определенных значений и , то неизвестными в этих уравнениях являются и , которые и могут быть вычислены для любых заданных давлений и температур.