Закон Авогадро

В равных объемах различных газов при постоянных температуре и давлении содержится одинаковое число молекул.

При горении дерева происходит химическая реакция: углерод древесины соединяется с кислородом воздуха и образуется диоксид углерода (CO2). Один атом углерода имеет такую же массу, как и 12 атомов водорода, а два атома кислорода — как 32 атома водорода. Таким образом, соотношение масс углерода и кислорода, участвующих в реакции, всегда равно 12:32 (или, после упрощения, 3:8). Какие бы мы ни выбрали единицы измерения, соотношение останется неизменным: 12 грамм углерода всегда реагируют с 32 граммами кислорода, 12 тонн углерода — с 32 тоннами кислорода и т. д. В химических реакциях имеет значение относительное количество атомов каждого элемента, участвующего в реакции. И, наблюдая за горящим в ночи костром, мы можем быть твердо уверены, что для каждого атома углерода из древесины найдутся два атома кислорода из воздуха, и соотношение их масс будет 12:32.

Раз это так, значит, в 12 граммах углерода атомов столько же, сколько в 16 граммах кислорода. Химики называют это количество атомов молем. Если относительная атомная масса вещества равна n (т. е. его атом в n раз тяжелее атома водорода), то масса одного моля этого вещества — n грамм. Моль — мера количества вещества, подобная паре, дюжине или сотне. Носков в паре всегда два, яиц в дюжине — всегда двенадцать; точно так же и в моле вещества количество атомов или молекул всегда одно и то же.

Но как же ученые это поняли? Ведь атомы сосчитать все-таки значительно сложнее, чем носки. Чтобы ответить на этот вопрос, обратимся к исследованиям итальянского химика Амедео Авогадро. Ему было известно, что при протекании химической реакции между газами соотношение объемов этих газов такое же, как и их молекулярное соотношение. Например, если три молекулы водорода (H2) реагируют с молекулой азота (N2) с образованием двух молекул аммиака (NH3), то объем участвующего в реакции водорода в три раза больше объема азота. Из этого Авогадро сделал вывод, что количество молекул в двух объемах должно находиться в соотношении 3:1, или, другими словами, что равные объемы газа должны содержать равное количество атомов или молекул — это утверждение известно нам как закон Авогадро. Авогадро не знал, какое именно количество атомов или молекул должно быть в одном моле вещества. Сегодня мы знаем: это число 6 × 1023; мы называем его числом Авогадро (или постоянной Авогадро) и обозначаем символом N.

Несколько десятилетий исследования Авогадро оставались за рамками европейской науки того времени. Большинство историков склонны объяснять этот любопытный факт тем, что Авогадро работал в Турине, вдали от научных центров Германии, Франции и Англии. И действительно, только когда Авогадро приехал в Германию и представил там результаты своих исследований, они получили заслуженное признание.

Вычисление значения N оказалось непростой задачей. Это удалось сделать только в начале XX века французскому физику Жану Перрену (Jean Perrin, 1870–1942). Он предложил несколько методов нахождения этого числа, и все они дали один и тот же результат. Самый известный из них основан на количественной теории броуновского движения, разработанной Эйнштейном. Речь идет о непрерывном беспорядочном движении малых частиц (например, пыльцевых зерен) под действием хаотических толчков атомов или молекул окружающей их среды. Движение такого пыльцевого зерна зависит от частоты столкновений, а следовательно, от количества атомов в материальной среде.

Лоренцо Романо Амедео Карло АВОГАДРО
Лоренцо Романо Амедео Карло АВОГАДРО
Lorenzo Romano Amedeo Carlo Avogadro, 1776–1856

Итальянский физик и химик. Родился в Турине в дворянской семье, получил ученую степень доктора церковного права. В 1800 году начал самостоятельно заниматься математикой и физикой, а спустя шесть лет получил должность профессора в колледже города Верчелли. Затем стал профессором кафедры математической физики Туринского университета (в 1821 году кафедру закрыли по политическим причинам, и он смог вновь занять эту должность лишь в 1834 году). Авогадро был чрезвычайно скромным человеком, работал в одиночестве, и большую часть его жизни достижения Авогадро были неизвестны в научном мире.


7
Показать комментарии (7)
Свернуть комментарии (7)

  • Злата  | 30.04.2007 | 23:51 Ответить
    Это манит своей простотой и гениальностью... Я наконец-то поняла что это- Закон Авогадро! Конечно на этом сайте такого немало, но я уже в восторге!
    Ответить
  • Яньчик  | 04.12.2007 | 13:50 Ответить
    Спасибо вам!А то я нигде не могла найти это!!!
    Ответить
  • Аленушка  | 20.05.2009 | 12:31 Ответить
    Если простой читатель прочитает данный закон, то логика его размышлений будет такова - в 1м3 кислорода будет такое же число атомов, что и в 1м3 азота. Верно ли это?
    Ответить
    • dpi > Аленушка | 10.06.2009 | 11:46 Ответить
      Ну естественно верно. Только закон здесь сформулирован неграмотно - надо так - при одинаковых температуре и давлении в одинаковых объемах различных газов содержится одинаковое число молекул. Разумеется, закон немного идеализирован - небольшое отличие в количестве молекул у разных газов все же имеет место, особенно в областях высоких и предельно низких температур и агромадных давлений.
      Ответить
      • rusdem > dpi | 30.01.2011 | 17:29 Ответить
        Ну естественно верно
        Ответить
  • kreebis  | 09.02.2011 | 13:33 Ответить
    Чтобы продемонстрировать, насколько это огромное число, лорд Кельвин предлагал провести мысленный эксперимент: взять стакан воды с каким-то образом помеченными молекулами и вылить в океан, а затем, тщательно перемешав, зачерпнуть стакан воды на другом краю Земли - в стакане окажется 200 молекул меченой воды (в действительности больше - около 1000!)
    Ответить
  • pro100zero  | 01.03.2011 | 12:24 Ответить
    А спасибо что напомнили школьные воспоминания.
    Ответить
Написать комментарий

Элементы

© 2005-2017 «Элементы»