Закон Авогадро
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. Напрмер, 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 6х1023; 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.
Список литературы
Для
подготовки данной работы были использованы материалы с сайта http://elementy.ru/