ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Законы постоянства состава и кратных отношений из "Анорганикум. Т.1" Столь простой эмпирический закон теоретически очень просто объяснить, если предположить, что равные объемы газов содержат (при одинаковых давлений и температуре) равное количество реагирующих частиц-молекул. Это утверждение было выдвинуто Авогадро в 1811 г. как гипотеза (известно сейчас к к закон Авогадро). Авогадро считал, что частицы, участвующие в рассмотренных выше реакциях газообразных элементов, могут включать несколько (группу) атомов, т. е. представляют собой молекулы. Гипотеза Авогадро имела выдающееся значение для дальнейшего развития химической науки, в частности, потому, что на ее основе стало возможным составлять уравнения химических реакций. [c.13] Получается, что /=2=01 2. Однако неизвестны реакции, в которых х 2 и у 2. Следовательно, х=у=2, и формула воды запишется так НаО. Прямое доказательство числа атомов в молекуле можно получить из данных по теплоемкости газов (гл. 2). [c.13] Для химических реакций в газовой фазе закон Гей-Люссака точно выполняется только в том случае, если реакция происходит при низком давлении и относительно высокой температуре. Соотношения, разбираемые ниже, также относятся к газам, находящимся при низком давлении и повышенной температуре, т. е. в состоянии, близком к идеальному. [c.13] Закон Бойля-Мариотта (для 7=соп51) давление обратно пропорционально объему (графически зависимость давления от объема при постоянной температуре изображается гиперболой ри = соп81. [c.13] Сколько же молекул соответствует единице количества ве-шества, вступающего в химические реакции Вначале это число Na определяли как число атомов, которое содержится в одном грамме водорода ( грамм-атоме ), или число молекул в 2 г водорода ( грамм-моле ), или просто моле. Несколько позднее за Na принимали число молекул в 32 г кислорода (однако, как подробно изложено далее, кислород содержит в небольшом количестве изотопы и Ю, поэтому надо различать изотопный атомную массу и химическую атомную массу ). В настоящее время принято, что 1 моль любого вещества содержит столько молекул, сколько атомов в 12 г изотопа углерода С (подробнее в разд. 4.4). [c.14] Насколько велико это число Если 1 л воды, каждая молекула которой содержит изотопную метку, вылить в Мировой океан, то после полного пере-мешив.анпя в 1 л морской воды будут находиться 20 000 меченых молекул воды. [c.14] Это — уравнение состояния идеального газа (уравнение Менделеева— Клапейрона). R — kNA — универсальная газовая постоянная. Величину k называют постоянной Больцмана. Числовые значения k я R меняются в зависимости от размерности переменных в уравнении (3) (см., например, табл. А.1, k = = 1,381-10-23 Дж/К). [c.15] Введем в уравнение (3) молярную концентрацию с = п/и, тогда р = сНТ. При экспериментальном определении молекулярной массы (массы I моля) пользуются уравнением (3) обеспечивают постоянство двух или трех параметров, входящих в это уравнение, и измеряют остальные. Определение выполняют по методам Дюма Т, р и V постоянны, т — измеряемый параметр), Гей-Люссака — Гофмана Т к т постоянны, р и и —измеряемые параметры) и Мейера Т, р и т постоянны, и — измеряемый параметр). [c.15] Метод Мейера (рис. А.1). Точную навеску исследуемого в ществгэ помещают в разогретую испарительную трубку. Вещество испаряется, переходит в газообразную форму и вытесняет из трубки горячий воздух, равный по объему образовавшемуся пару. Количество вытесненного воздуха изме ряется в пробирке (с делениями) с водяным затвором. Таким образом можно сразу найти объем газа, вытесненного из разогретой трубки в результате испарения исследуемого вещества, цри комнатной температуре. [c.15] Более точные определения молекулярной массы проводят при нескольких различных давлениях, а М находят путем экстраполяции к р=0. [c.16] Приняв мольный объем равным У=14,8 см моль, получим г=0,163 нм. [c.17] Выше уже говорилось, что дискретная структура материи, понятие об атоме и молекуле лежат в основе научных представлений современной химии. Важнейшее свойство материи — движение — рассматривается кинетической теорией, развитой во второй половине XIX в. Клаузиусом, Максвеллом и Больцманом , главным образом кинетической теорией газов. Было постулировано, что элементарные частицы материи — атомы и молекулы — находятся в постоянном движении. Рассмотрим сначала посгупательное движение молекул в идеальном газе, подчиняющееся законам классической механики. [c.18] Вследствие упругих соударений молекул газа между собой, а также о стенку сосуда они постоянно меняют скорость и направление движения. В соответствии с теоремой Максвелла в течение некоторого промежутка времени все молекулы независимо от их массы имеют кинетическую энергию, мало отличающуюся от среднего значения (закон равномерного распределения по энергиям). Суммарное воздействие всех молекул на стенку проявляется как давление газа. [c.18] Таким образом, температура газа — макроскопический параметр, соответствующий кинетической энергии молекул. [c.19] Как следует из уравнения (7), скорость движения молекулы, а следовательно, скорость диффузии а скорость истечения газов из узких отверстий зависят от молекулярной массы. Эта закономерность, между прочим, используется при разделении газовых смесей и изотопов. [c.19] Для двух газов распределение молекул по скоростям при различных температурах представлено на рис, А.6. [c.19] Распределение молекул легкого (Н2) и тяжелого (О2) газа по скоростям для двух различных температур (по Максвеллу — Больцману). [c.20] У многоатомных молекул имеются и другие возможности накопления энергии — за счет вращения молекулы и колебаний атомов в молекуле. [c.21] Таким образом, становится ясным, что из данных о молярной теплоемкости газов можно сделать некоторые выводы о строении молекул. В гл. 3 мы познакомимся с важными кванто-вом( ханическими уточнениями этих представлений. [c.22] Вернуться к основной статье