Закон кратных отношений

(Д.Дальтон, 1803 г.)

 

Если два химических элемента дают несколько соединений, то весовые доли одного и того же элемента в этих соединениях, приходящиеся на одну и ту же весовую долю второго элемента, относятся между собой как небольшие целые числа.

N₂O          N₂O₃          NO₂(N₂O₄)          N₂O₅

 Число атомов кислорода в молекулах этих соединений, приходящиеся на два атома азота, относятся между собой как 1 : 3 : 4 : 5. 

Закон объемных отношений

(Гей-Люссак, 1808 г.)

"Объемы газов, вступающих в химические реакции, и  объемы газов, образующихся в результате реакции, относятся между собой как небольшие целые числа".

Следствие. Стехиометрические коэффициенты в  уравнениях химических реакций для молекул газообразных веществ показывают, в каких объемных отношениях реагируют или получаются газообразные вещества.

Примеры.

1. 2CO + O₂ = 2CO₂

При окислении двух объемов оксида углерода (II) одним объемом кислорода образуется 2 объема углекислого газа, т.е. объем исходной реакционной смеси уменьшается на 1 объем.

б) При синтезе аммиака из элементов:

N₂ + 3H₂ = 2NH₃

Один объем азота реагирует с тремя объемами водорода; образуется при этом 2 объема аммиака - объем исходной газообразной реакционной массы уменьшится в 2 раза.

«Моль равен количеству вещества системы, содержащей столько же структурных элементов, сколько содержится атомов в углероде – 12 (¹²С) массой 0,012 кг (точно). При применении моля структурные элементы должны быть специфицированы и могут быть атомами, молекулами, ионами, электронами и другими частицами или специфицированными группами частиц». Речь идет не об углероде вообще, а его изотопе ¹²С, как и при введении атомной единицы массы. Так как в 12 г углерода ¹²С содержится 6,02  10²³ атомов, то можно сказать, что моль – это количество вещества, содержащее 6,02  10²³ своих структурных элементов (атомов или групп атомов, молекул, групп ионов (Na₂SO₄), комплексных групп и т.д.). Число N_A = 6,02  10²³ названо постоянной Авогадро. Молярная масса вещества – это масса одного моля. Ее обычная единица измерения г/моль, обозначение М.

Вспомним, что относительная молекулярная масса (М_r) – это отношение массы одной молекулы к массе атомной единицы массы, которая равна 1/N_A г.

Пусть относительная молекулярная масса какого-то вещества равна М_r. Вычислим его молекулярную массу М.

Масса одной молекулы: m = М_r а.е.м. = М_r  г

Масса одного моль (N_A молекул): М = m N_A = М_r  = М_r. Видим, что численно молярная масса в граммах совпадает с относительной молекулярной массой. Это следствие выбора определенной атомной единицы массы (1/12 массы изотопа углерода ¹²С).

Закон Авогадро и молярный объем газа

(1811 г.)

Газообразное состояние вещества отличается от конденсированного (жидкого и твердого) сравнительно большими расстояниями между молекулами. На одну молекулу газа приходится объем

= = 3,72 10–23 л = 3,72 10–26 м3 =

= 3,72 10–26 (109)3 нм3 = 37,2 нм3

Следовательно, расстояние между молекулами в среднем составляют около = 3,3 нм. Диаметр молекулы (Н₂,О₂,N₂)составляет 0,2–0,3 нм. Расстояние между молекулами приблизительно в 10 раз больше диаметра молекул, а объем, занимаемый некоторой порцей газа в 1000 раз меньше объема этой порции. Поэтому объем, занимаемый некоторым количеством газообразного вещества, определяется числом молекул в нем, а не размерами самих молекул, как это имеет место в жидкости и кристалле, где молекулы касаются друг друга.

Закон Авогадро: в равных объемах различных газов при одинаковых условиях содержится одинаковое число молекул, одинаковое количество (молей) вещества.

Закон справедлив только для газообразных веществ.