1.3. Закони газового стану

1.3.1. Закон об’ємних відношень гей-люсака

Об’єми газів, що вступають до реакції відносяться один до іншого, а також до об’ємів одержуваних газоподібних продуктів як невеликі цілі числа. Наприклад: 1 л хлору сполучається з одним літром водню, у підсумку чого утворюється 2 л хлороводню.

1.3.2. Закон авогадро

Одним з основних газових законів є закон Авогадро: в однакових об’ємах газів за однакових умов (температура, тиск) містяться однакові кількості молекул.

Наслідки із закону Авогадро:

1. За нормальних умов (t^o = 0^o C, p = 101,3 кПа) один моль будь-якого газу займає один і той самий об’єм, що дорівнює 22,4 л. Цей об’єм називається молярним об’ємом газу (V_M). Молярний об’єм – це відношення об’єму газоподібної речовини до кількості цієї речовини:

2. Відношення маси певного об’єму одного газу до маси такого ж об’єму другого газу називається відносною густиною першого газу за другим (позначається літерою D).

Враховуючи, що із закону Авогадро випливає, що m₁ : m₂ = M₁ : M₂, можна записати, що або.

Звичайно густини визначають за найлегшим газом – воднем (). Молярна маса водню дорівнює 2 г/моль, звідси М = 2.

Молекулярна маса речовини у газоподібному стані дорівнює його подвоєній густині за воднем у а.о.м., а молярна маса цієї речовини стільки ж, тільки у г/моль.

Якщо відома густина за повітрям (D_пов.), то М = 29D_пов., бо середня молярна маса повітря дорівнює 29 г/моль.

1.3.3. Закон бойля – маріотта

Для порівняння тисків і об’ємів певної кількості того ж самого газу за різних умов (але сталій температурі) зручно користуватися законом Бойля – Маріотта:

При сталій температурі тиск, який спричинює певна маса газу обернено пропорційний об’єму цієї маси газу: р₂/р₁ = V₁/V₂. або pV = const.

1.3.4. ЗАКОН ГЕЙ-ЛЮССАКА

При сталому тискові об’єм газу змінюється пропорційно абсолютній температурі (Т): V₁/T₁ = V₂/T₂ або V/T = const.

1.3.5. ОБ’ЄДНАНИЙ ЗАКОН БОЙЛЯ – МАРІОТТА ТА ГЕЙ-ЛЮСАКА

Рівняння стану газу можна подати у вигляді співвідношення:

зручного для порівняння параметрів певного газу в двох його різних станах.

Цей закон часто використовують для приведення об’єму до нормальних умов: ,

де p₀, V₀, T₀ – відповідно тиск, об’єм і температура за нормальних умов (р₀ = 101325 Па, T₀ = 273К).

1.3.6. РІВНЯННЯ МЕНДЕЛЄЄВА – КЛАПЕЙРОНА

Загальним рівнянням стану ідеального газу є рівняння Менделєєва – Клапейрона: рV = RT або ,

де  - число молів газу; m – маса газу, кг; р – тиск газу, Па; М – молярна маса газу, кг/моль; V – об’єм газу, м³; Т – температура, К; R – універсальна газова стала (R = =8,314 Дж/(мольК)).

1.4. ПРАВИЛО ДЮЛОНҐА ТА ПТІ

Для визначення атомних мас елементів, що не утворюють летких простих речовин, запропоновано метод, який базується на правилі Дюлонґа та Пті (1819): атомна теплоємність більшості простих речовин у твердому стані приблизно однакова для всіх елементів і дорівнює ~26 Дж/(моль  К). Атомна теплоємність (кількість теплоти, потрібна для нагрівання 1 моля атомів елемента на 1 К) є добутком питомої теплоємності (кількості теплоти, необхідної для нагрівання 1 кг речовини на 1 К) на молярну масу атомів елемента.

С = сА, де С і с – атомна та питома теплоємності; А – атомна маса.

Поділивши число 26 на визначену експериментально питому теплоємність речовини, можна знайти наближено значення молярної маси атомів відповідного елемента: А=26/с

Питання для самоперевірки

1. Які основні положення атомно-молекулярного вчення?

2. Що означають поняття: елемент, атом, молекула, формульна одиниця, речовина?

3. Що називається відносною густиною газу? Яка залежність між молекулярною масою газу та його густиною щодо водню, повітря?

4. Як оцінюються абсолютні маси атомів і молекул? Чόму дорівнюють маси молекул води, фтору?

5. Що показує число Авогадро?

6. Що таке еквівалент елемента? Чи є еквівалент елемента сталою величиною?

7. Обчисліть еквівалентні маси манґану в наступних сполуках: MnSO₄, MnО₂, K₂MnО₄, KMnО₄.

8. У чому сутність закону еквівалентів?