Закон Гей-Люссака: объемы вступающих в реакцию газов относятся к друг другу, а также к объему получающихся газообразных продуктов, как простые целые числа

Рассмотрим реакции:

Н₂+С1₂=2НС1

2Н₂+О₂=2Н₂О

3H,+N₂=2NH₃.

Из данных химических реакций видно, что если смешать равные объемы хлора и водорода и выставить на солнечный свет, то происходит взрыв и образуется новое газообразное вещество - хлористый водород. Оба газа соединяются без остатка, если на 1 объем хлора приходится 1 объем водорода, причем получаются ровно 2 объема хлористого водорода. Аналогично, и при других реакциях наблюдается та же закономерность, что в первой реакции: при взаимодействии газообразных химических соединений между объемами реагирующих и образующихся веществ существуют простые соотношения.

Из закона Гей-Люссака следует, что при постоянном давлении объем газа изменяется прямо пропорционально абсолютной температуре (Т, К):

V₁,T₁ =V₂/T₂ или V/T=const

Пример: при 27°С объем газа равен 600мл, Какой объем займет газ при 57°С, если давление будет оставаться постоянным?

Решение: обозначим искомый объем через V₂, а соответствующую ему температуру через Т₂. По условию задачи V₁=600мл, Т₁=273+27=300К и Т₂=273+57=330К. Подставляя эти значения в математическое выражение закона Гей-Люссака, получим: 600/300=V₂/330, откуда V₂=600*330/300=660 мл.

Кроме того, при постоянном объеме давление газа изменяется прямо пропорционально абсолютной температуре: P₁/T₁=P₂/T₂.

Пример: при 15°С давление в баллоне с кислородом равно 91,2*10²кПа. При какой температуре оно станет равным 101,3*10² кПа?

Решение: обозначим искомую температуру как Т₂. По условию задачи T₁=273+15=288K, P₁=91,2 10² кПа. Подставляя эти значения в уравнение, находим, что Т₂=101,310²*288/(91,2*10²)=320К или 47°С.

Исследования Гей-Люссака привлекли в себе внимание химиков. Простота отношений между объемами реагирующих газов показала, что здесь проявляется какое-то основное свойство газов, выражающееся также в их одинаковом поведении при изменениях давления и температуры.

Проанализировав исходные данные, Авогадро сформулировал в 1811г. закон (закон Авогадро): в равных объемах любых газов, взятых при одинаковой температуре и одинаковом давлении, содержится одинаковое число молекул. При нормальных условиях один моль любого газа занимает объем, равный 22,4 л.

Отсюда можно заключить, что моль любого, вещества имеет одинаковое число молекул. Это число называется числом Авогадро.

Объем 22,4 л называют молярным (мольным) объемом газа и обозначают соответственно Vm = 22,4 л/моль.

Например, рассмотрим оксид серы SO₂. Молекулярная масса M(SO₂) равна 64 г/моль. Значит, один моль SO₂ имеет массу 64 г и занимает объем (при н.у.), равный 22,4л, а также содержит в этом объеме 6,02*10²³ молекул этого газа.

Связь между массой m и объемом V газа при н.у. определяется формулой m = n*M = (V/V_M)M: