Mol je količina snovi, ki vsebuje enako količino strukturni elementi, koliko atomov vsebuje 12 g 12 C, strukturni elementi pa so običajno atomi, molekule, ioni itd. Masa 1 mola snovi, izražena v gramih, je številčno enaka njenemu molu. masa. Tako ima 1 mol natrija maso 22,9898 g in vsebuje 6,02·10 23 atomov; 1 mol kalcijevega fluorida CaF 2 ima maso (40,08 + 2 18,998) = 78,076 g in vsebuje 6,02 10 23 molekul, prav tako 1 mol ogljikovega tetraklorida CCl 4, katerega masa je (12,011 + 4 35,453) = 153,823 g itd.
Avogadrov zakon.
Na zori razvoja atomska teorija(1811) A. Avogadro je postavil hipotezo, po kateri pri enaki temperaturi in tlaku v enakih prostorninah idealni plini vsebovana enako število molekule. Kasneje se je pokazalo, da je ta hipoteza nujna posledica kinetična teorija, in je zdaj znan kot Avogadrov zakon. Lahko ga formuliramo na naslednji način: en mol katerega koli plina pri enaki temperaturi in tlaku zavzema enako prostornino, pri standardni temperaturi in tlaku (0 °C, 1,01 × 10 5 Pa) pa je enako 22,41383 litrov. Ta količina je znana kot molska prostornina plina.
Avogadro sam ni ocenil števila molekul v določenem volumnu, vendar je razumel, da je to zelo velika vrednost. Prvi poskus ugotoviti število molekul, ki zasedajo določeno prostornino, je leta 1865 izvedel J. Loschmidt; ugotovljeno je bilo, da v 1 cm 3 idealen plin pri normalnih (standardnih) pogojih vsebuje 2,68675Х10 19 molekul. Po imenu tega znanstvenika se je navedena vrednost imenovala Loschmidtova številka (ali konstanta). Od takrat se razvija veliko število neodvisne metode za določanje Avogadrovega števila. Odlično ujemanje med dobljenimi vrednostmi je prepričljiv dokaz resničnega obstoja molekul.
Loschmidtova metoda
je samo zgodovinskega pomena. Temelji na predpostavki, da je utekočinjeni plin sestavljen iz tesno zapakiranih sferičnih molekul. Z merjenjem prostornine tekočine, ki je nastala iz dane prostornine plina, in s približno poznavanjem prostornine plinskih molekul (to prostornino bi lahko predstavili na podlagi nekaterih lastnosti plina, kot je viskoznost), je Loschmidt dobil oceno Avogadrovega števila ~10 22.
Določanje na podlagi merjenja naboja elektrona.
Enota za količino električne energije, znana kot Faradayevo število F, je naboj, ki ga nosi en mol elektronov, tj. F = ne, Kje e– naboj elektrona, n– število elektronov v 1 molu elektronov (t.i. Avogadrovo število). Faradayevo število je mogoče določiti z merjenjem količine električne energije, ki je potrebna za raztapljanje ali obarjanje 1 mola srebra. Natančne meritve, ki jih je izvedel ameriški nacionalni urad za standarde, so dale vrednost F= 96490,0 C, in izmerjen naboj elektrona različne metode(zlasti v poskusih R. Millikana), je enaka 1,602 × 10 –19 C. Od tu lahko najdete n. Ta metoda določanja Avogadrovega števila se zdi ena najbolj natančnih.
Perrinovi poskusi.
Na podlagi kinetične teorije je bil pridobljen izraz z Avogadrovim številom, ki opisuje upadanje gostote plina (na primer zraka) z višino stolpca tega plina. Če bi bilo mogoče izračunati število molekul v 1 cm 3 plina na dveh različnih višinah, potem z uporabo z navedenim izrazom, bi lahko našli n. Na žalost je to nemogoče storiti, ker so molekule nevidne. J. Perrin pa je leta 1910 pokazal, da omenjeni izraz velja tudi za suspenzije koloidni delci, ki so vidne pod mikroskopom. Preštevanje števila delcev, ki se nahajajo na različnih višinah v suspenzijskem stolpcu, je dalo Avogadrovo število 6,82×10 23. Iz drugega niza poskusov, v katerih je povprečni kvadratni premik koloidnih delcev kot posledica njihove Brownovo gibanje, je Perrin dobil vrednost n= 6,86Х10 23. Kasneje so drugi raziskovalci ponovili nekatere Perrinove poskuse in dobili vrednosti, ki se dobro ujemajo s trenutno sprejetimi. Treba je opozoriti, da so Perrinovi poskusi zaznamovali prelomnico v odnosu znanstvenikov do atomske teorije materije - prej so jo nekateri znanstveniki obravnavali kot hipotezo. W. Ostwald, izjemen kemik tistega časa, je to spremembo v pogledih izrazil takole: »Ujemanje Brownovega gibanja z zahtevami kinetične hipoteze ... je celo najbolj pesimistične znanstvenike prisililo, da so govorili o eksperimentalni dokaz atomska teorija".
Izračuni z uporabo Avogadrovega števila.
Z uporabo Avogadrovega števila smo dobili natančne vrednosti mase atomov in molekul številnih snovi: natrij, 3,819×10 –23 g (22,9898 g/6,02×10 23), ogljikov tetraklorid, 25,54×10 –23 g itd. Lahko se tudi pokaže, da mora 1 g natrija vsebovati približno 3x1022 atomov tega elementa.
Glej tudi
Avogadrov zakon v kemiji pomaga izračunati prostornino, molsko maso, količino plinaste snovi in relativno gostoto plina. Hipotezo je oblikoval Amedeo Avogadro leta 1811 in je bila kasneje eksperimentalno potrjena.
Zakon
Joseph Gay-Lussac je leta 1808 prvi proučeval plinske reakcije. Oblikoval je zakone toplotno raztezanje plini in volumetrična razmerja, pridobljena iz vodikov klorid in amoniak (dva plina) kristalna snov- NH 4 Cl (amonijev klorid). Izkazalo se je, da je za njegovo ustvarjanje potrebno vzeti enake količine plinov. Poleg tega, če je bil en plin v presežku, je "dodatni" del po reakciji ostal neporabljen.
Malo kasneje je Avogadro oblikoval sklep, da pri enakih temperaturah in tlaku enake količine plini vsebujejo enako število molekul. Poleg tega imajo lahko plini različne kemijske in fizikalne lastnosti.
riž. 1. Amedeo Avogadro.
Avogadrov zakon ima dve posledici:
- prvi - en mol plina at enaki pogoji zavzema enako prostornino;
- drugo - razmerje mas enakih volumnov dveh plinov je enako razmerju njunih molskih mas in izraža relativno gostoto enega plina glede na drugega (označeno z D).
Za normalne pogoje (n.s.) se štejeta tlak P=101,3 kPa (1 atm) in temperatura T=273 K (0°C). pri normalne razmere molska prostornina plinov (prostornina snovi, deljena z njeno količino) je 22,4 l/mol, tj. 1 mol plina (6,02 ∙ 10 23 molekul - Avogadrovo konstantno število) zavzema prostornino 22,4 litra. Molarna prostornina(V m) - konstantna.
riž. 2. Normalni pogoji.
Reševanje problemov
Glavni pomen zakona je sposobnost izvajanja kemijski izračuni. Na podlagi prve posledice zakona lahko izračunamo količino plinaste snovi skozi prostornino po formuli:
kjer je V prostornina plina, V m je molska prostornina, n je količina snovi, merjena v molih.
Drugi zaključek Avogadrovega zakona se nanaša na izračun relativne gostote plina (ρ). Gostota se izračuna po formuli m/V. Če upoštevamo 1 mol plina, bo formula gostote videti takole:
ρ (plin) = M/V m,
kjer je M masa enega mola, tj. molska masa.
Za izračun gostote enega plina iz drugega plina je treba poznati gostote plinov. Splošna formula Relativna gostota plina je naslednja:
D (y) x = ρ(x) / ρ(y),
kjer je ρ(x) gostota enega plina, ρ(y) je gostota drugega plina.
Če v formulo nadomestite izračun gostote, dobite:
D (y) x = M(x) / V m / M(y) / V m.
Molarna prostornina se zmanjša in ostane
D (y) x = M(x) / M(y).
Oglejmo si praktično uporabo zakona na primeru dveh nalog:
- Koliko litrov CO 2 bomo pridobili iz 6 molov MgCO 3 pri razgradnji MgCO 3 na magnezijev oksid in ogljikov dioksid (n.s.)?
- Čemu je enako relativna gostota CO 2 z vodikom in z zrakom?
Najprej rešimo prvi problem.
n(MgCO3) = 6 mol
MgCO3 = MgO+CO2
Količina magnezijevega karbonata in ogljikov dioksid enako (ena molekula naenkrat), torej n(CO 2) = n(MgCO 3) = 6 mol. Iz formule n = V/V m lahko izračunate prostornino:
V = nV m, tj. V(CO 2) = n(CO 2) ∙ V m = 6 mol ∙ 22,4 l/mol = 134,4 l
Odgovor: V(CO 2) = 134,4 l
Rešitev druge težave:
- D (H2) CO 2 = M(CO 2) / M(H 2) = 44 g/mol / 2 g/mol = 22;
- D (zrak) CO 2 = M(CO 2) / M (zrak) = 44 g/mol / 29 g/mol = 1,52.
riž. 3. Formule za količino snovi glede na prostornino in relativno gostoto.
Formule Avogadrovega zakona delujejo samo za plinaste snovi. Ne veljajo za tekočine in trdne snovi.
Kaj smo se naučili?
Po formulaciji zakona enake prostornine plinov pod enakimi pogoji vsebujejo enako število molekul. V normalnih pogojih (n.s.) vrednost molski volumen je konstantna, tj. V m za pline je vedno enak 22,4 l/mol. Iz zakona izhaja, da enako število molekul različnih plinov v normalnih pogojih zaseda enako prostornino, kot tudi relativna gostota enega plina v primerjavi z drugim - razmerje med molsko maso enega plina in molsko maso plina. drugi plin.
Test na temo
Ocena poročila
Povprečna ocena: 4. Skupaj prejetih ocen: 261.
Postal pravi preboj v teoretična kemija in prispeval k temu, da so se hipotetična ugibanja spremenila v velika odkritja na področju kemije plinov. Domneve kemikov so v obrazcu dobile prepričljive dokaze matematične formule in preprostih odnosov, rezultati poskusov pa so zdaj omogočili potegniti daljnosežne zaključke. Poleg tega je italijanski raziskovalec sklepal kvantitativne značilnostištevilo strukturnih delcev kemični element. Avogadrovo število je pozneje postalo ena najpomembnejših konstant v moderna fizika in kemija.
Zakon volumetričnih odnosov
Čast biti pionir plinske reakcije pripada francoskemu znanstveniku Gay-Lussacu konec XVIII stoletja. Ta raziskovalec je svetu dal dobro znan zakon, ki ureja vse reakcije, povezane s širjenjem plinov. Gay-Lussac je izmeril prostornine plinov pred reakcijo in količine, ki so nastale kemična interakcija. Kot rezultat eksperimenta je znanstvenik prišel do zaključka, znanega kot zakon preprostih volumetričnih odnosov. Njegovo bistvo je v tem, da so prostornine plinov pred in po med seboj povezane kot majhna cela števila.
Na primer, ko medsebojno delujejo plinaste snovi, ki ustrezajo na primer enemu volumnu kisika in dvema volumnoma vodika, dobimo dva volumna parne vode in tako naprej.
Gay-Lussacov zakon velja, če se vse meritve volumna zgodijo pri enaki indikatorji tlak in temperatura. Ta zakon se je izkazal za zelo pomembnega za italijanskega fizika Avogadra. Na podlagi tega je izpeljal svojo hipotezo, ki je imela daljnosežne posledice v kemiji in fiziki plinov, in izračunal Avogadrovo število.
italijanski znanstvenik
Avogadrov zakon
Leta 1811 je Avogadro prišel do spoznanja, da v enakih količinah poljubnih plinov pri konstantne vrednosti temperatura in tlak vsebujeta enako število molekul.
Ta zakon, kasneje imenovan po italijanskem znanstveniku, je v znanost uvedel idejo o najmanjših delcih snovi - molekulah. Kemija razdeljena na empirična znanost kaj je bilo, in znanost, ki deluje v kvantitativnih kategorijah, ki je postalo. Avogadro je posebej poudaril, da atomi in molekule niso isto in da so atomi gradniki vseh molekul.
Zakon Italijanski raziskovalec nam je omogočilo, da smo prišli do zaključka o številu atomov v molekulah različnih plinov. Na primer, po izpeljavi Avogadrovega zakona je potrdil predpostavko, da so molekule plinov, kot so kisik, vodik, klor, dušik, sestavljene iz dveh atomov. Prav tako je postalo mogoče določiti atomske mase in molekulske mase elementov, sestavljenih iz različnih atomov.
Atomske in molekulske mase
Pri izračunu atomske teže elementa je bila sprva za merska enota vzeta masa vodika kot najlažje kemične snovi. Toda atomske mase mnogih kemikalije se izračunajo kot razmerje njihovih kisikovih spojin, kar pomeni, da je razmerje med kisikom in vodikom 16:1. Ta formula je bila za meritve nekoliko neugodna, zato je bila za standard atomske mase vzeta masa izotopa ogljika, najpogostejše snovi na zemlji.
Načelo določanja mase različnih plinastih snovi v molekulskem ekvivalentu temelji na Avogadrovem zakonu. Leta 1961 je bil sprejet enoten referenčni sistem za relativne atomske količine, ki je temeljil na konvencionalni enoti, ki je enaka 1/12 mase enega izotopa ogljika 12 C. Skrajšano ime atomska enota masa - a.m.u. Po tej lestvici je atomska masa kisik je 15,999 amu, ogljik pa 1,0079 amu. Tako je nastala nova definicija: relativna atomska masa je masa atoma snovi, izražena v amu.
Masa molekule snovi
Vsaka snov je sestavljena iz molekul. Masa takšne molekule je izražena v amu; ta vrednost je enaka vsoti vseh atomov, ki sestavljajo njeno sestavo. Na primer, molekula vodika ima maso 2,0158 amu, to je 1,0079 x 2, in molekulsko maso vode lahko izračunamo iz njene kemijska formula H 2 O. Dva atoma vodika in en atom kisika skupaj znašata 18,0152 amu.
Vrednost atomske mase za vsako snov se običajno imenuje relativna molekulska masa.
Do nedavnega se je namesto pojma "atomska masa" uporabljal izraz "atomska teža". Trenutno se ne uporablja, vendar ga še vedno najdemo v starih učbenikih in znanstvenih delih.
Količinska enota snovi
Skupaj z enotami za prostornino in maso uporablja kemija posebno mero za količino snovi, imenovano mol. Ta enota prikazuje količino snovi, ki vsebuje toliko molekul, atomov in drugih strukturnih delcev, kot jih vsebuje 12 g ogljikovega izotopa 12 C. Ko praktična uporaba Pri upoštevanju molov snovi je treba upoštevati, kateri delci elementov so mišljeni - ioni, atomi ali molekule. Na primer, mol H + ionov in mol H 2 molekul sta popolnoma različni meri.
Trenutno se količina snovi na mol snovi meri z veliko natančnostjo.
Praktični izračuni kažejo, da znesek strukturne enote v molu je 6,02 x 10 23. Ta konstanta se imenuje Avogadrovo število. Ta kemijska količina, imenovana po italijanskem znanstveniku, kaže število strukturnih enot v molu katere koli snovi, ne glede na njeno notranja struktura, sestava in izvor.
Molska masa
Masa enega mola snovi se v kemiji imenuje "molska masa"; ta enota je izražena kot razmerje g/mol. Če uporabimo vrednost molske mase v praksi, lahko to vidimo molska masa vodik je 2,02158 g/mol, kisik je 1,0079 g/mol itd.
Posledice Avogadrovega zakona
Avogadrov zakon je povsem uporaben za določanje količine snovi pri izračunu prostornine plina. Enako število molekul katere koli plinaste snovi pri stalnih pogojih zavzema enako prostornino. Po drugi strani pa 1 mol katere koli snovi vsebuje konstantno število molekul. Zaključek se nakazuje sam: pri konstantni temperaturi in tlaku en mol plinaste snovi zavzema konstanten volumen in vsebuje enako število molekul. Avogadrovo število pravi, da 1 mol plina vsebuje 6,02 x 1023 molekul.
Izračun prostornine plina za normalne pogoje
Normalne razmere v kemiji so atmosferski tlak 760 mmHg Art. in temperaturo 0 o C. S temi parametri je bilo eksperimentalno ugotovljeno, da je masa enega litra kisika 1,43 kg. Zato je prostornina enega mola kisika 22,4 litra. Pri izračunu prostornine katerega koli plina so rezultati pokazali enako vrednost. Tako je Avogadrova konstanta naredila še en zaključek glede prostornine različnih plinastih snovi: v normalnih pogojih en mol katerega koli plinastega elementa zavzame 22,4 litra. Ta konstantna vrednost se imenuje molska prostornina plina.
Količina snoviν je enako razmerju med številom molekul v določenem telesu in številom atomov v 0,012 kg ogljika, to je število molekul v 1 molu snovi.
ν = N / N A
kjer je N število molekul v danem telesu, N A je število molekul v 1 molu snovi, iz katere telo sestoji. N A je Avogadrova konstanta. Količina snovi se meri v molih. Avogadrova konstanta je število molekul ali atomov v 1 molu snovi. Ta konstanta je dobila ime po italijanskem kemiku in fiziku Amedeo Avogadro(1776 – 1856). 1 mol katere koli snovi vsebuje enako število delcev.
NA = 6,02 * 10 23 mol -1 Molska masa je masa snovi, vzete v količini enega mola:
μ = m 0 * N A
kjer je m 0 masa molekule. Molska masa je izražena v kilogramih na mol (kg/mol = kg*mol -1). Molarna masa je povezana z relativno molekulsko maso z:
μ = 10 -3 * M r [kg*mol -1 ]
Masa katere koli količine snovi m je enaka zmnožku mase ene molekule m 0 s številom molekul:
m = m 0 N = m 0 N A ν = μν
Količina snovi je enaka razmerju med maso snovi in njeno molsko maso:
ν = m/μ
Maso ene molekule snovi lahko ugotovimo, če poznamo molsko maso in Avogadrovo konstanto:
m 0 = m / N = m / νN A = μ / N A
Idealen plin - matematični model plina, pri čemer se predvideva, da potencialna energija interakcije molekul lahko zanemarimo v primerjavi z njihovimi kinetična energija. Med molekulami ni privlačnih ali odbojnih sil, trki delcev med seboj in s stenami posode so absolutno elastični, interakcijski čas med molekulami pa je v primerjavi s povprečnim časom med trki zanemarljiv. V razširjenem modelu idealnega plina imajo delci, iz katerih je sestavljen, tudi obliko v obliki elastičnih krogel ali elipsoidov, kar omogoča upoštevanje energije ne le translacijskega, temveč tudi rotacijsko-vibracijskega gibanja, kot tudi ne le centralni, ampak tudi necentralni trki delcev itd.)
