Рассказ учителя. Текст. Урок 9. Закон Авогадро. Молярный объем газов

Здравствуйте, ребята! Сегодня мы разберем одну из самых элегантных и практичных тем в химии — закон Авогадро. Она позволит нам "видеть" невидимое — подсчитывать количество молекул в воздухе, которым мы дышим, или в гелии, которым наполняем воздушные шарики.

Представьте себе две одинаковые надувные лодки. Одну мы накачали воздухом, а другую — таким же объемом гелия. Молекул внутри них будет поровну! Это и есть суть закона, который сформулировал итальянский ученый Амедео Авогадро. Он сказал: "В равных объемах любых газов при одинаковых температуре и давлении содержится одинаковое число молекул".

Давайте вдумаемся. Неважно, легкий это газ, как водород, или тяжелый, как углекислый газ. Если условия одинаковы, то в одном литре того и другого будет одно и то же количество молекул. Это как если бы у вас были две коробки одинакового размера, в одну вы сложили теннисные мячи, а в другую — баскетбольные. Количество мячей в них будет одинаковым, хотя их масса разная.

А теперь давайте сделаем следующий, фантастически важный шаг. Мы с вами знаем, что 1 моль любого вещества содержит гигантское, но постоянное число частиц — постоянную Авогадро. Если в равных объемах газов число молекул одинаково, то логично, что и 1 моль любого газа будет занимать один и тот же объем!

Этот объем назвали молярным объемом газов.

Но объем газа очень сильно зависит от температуры и давления. Чтобы ученые во всем мире понимали друг друга, договорились о стандартных, или, как мы их называем, нормальных условиях (н.у.). Это:

• Температура 0°C

• Давление 760 мм рт. ст., или 1 атмосфера.

И вот экспериментально было установлено, что при этих самых нормальных условиях 1 моль ЛЮБОГО газа занимает объем 22,4 литра.

Запомните эту цифру: Vₘ = 22,4 л/моль.

Что это значит в жизни? Это значит, что:

• 32 грамма кислорода (1 моль), которые вы вдыхаете,

• 2 грамма водорода (1 моль), который может быть топливом,

• и 44 грамма углекислого газа (1 моль), который вы выдыхаете...

...все они при нормальных условиях займут один и тот же объем, равный 22,4 литра. Примерно как надувной мячик для аквафитнеса.

А теперь главный вопрос: как это использовать? С помощью этой константы мы можем легко пересчитывать объем газа на количество вещества и на массу.

Появляются три простые формулы:

1. Чтобы найти объем, если знаем количество вещества: V = n * Vₘ

2. Чтобы найти количество вещества, если знаем объем: n = V / Vₘ

3. И чтобы найти массу, если знаем объем: m = n * M = (V / Vₘ) * M

Давайте решим жизненную задачу. Допустим, у вас есть 5,6 литра углекислого газа (CO₂) при н.у. из газировки. Какова его масса?

Решение:

1. Сначала найдем, сколько это молей: n = V / Vₘ = 5,6 л / 22,4 л/моль = 0,25 моль.

2. Теперь найдем молярную массу CO₂: M = 12 + 16*2 = 44 г/моль.

3. И посчитаем массу: `m = n * M = 0,25 моль * 44 г/моль = 11 грамм**.

Вот и все! Мы только что "взвесили" невидимый газ.

Так что, когда в следующий раз увидите надутый воздушный шарик, вспомните, что знаете, как подсчитать, сколько же там молекул праздника.

На сегодня все. Спасибо за внимание! До свидания!