О чем говорил Амедео Авогадро

При решении тестов ОГЭ и ЕГЭ из второй части по химии и физике периодически встречается такая константа, как число Авогадро. Что это за число, откуда оно взялось и причем здесь закон Авогадро обсудим в нашей сегодняшней блог-статье.

Начнем с того, что первые формулировки закона Авогадро появился задолго до того, как удалось доказать его по всем правилам науки и подвести теоретические основы.

Формулировка выглядит следующим образом: в равных объёмах любых газов содержится одно и то же количество молекул. Один моль каждого газа занимает фиксированный объём при условии, что температура и давление во всех проводимых экспериментах остаются постоянными. При нормальных условиях этот объем химики точно посчитали. Он равняется 22,4 литрам. Стоит обратить внимание на формулировку "равные объемы". В случае газов это означает, что вещества должны быть помещены в контейнеры равного объема, скажем, в двадцатидвухлитровые банки.

При обсуждении закона Авогадро как-то упускают тот факт, что давление газа должно оставаться небольшим. Максимум несколько атмосфер, иначе ничего не получится, ведь молекулы начнут между собой взаимодействовать. Можно переформулировать. В законе Авогадро фигурирует идеальный газ. В нем частицы не взаимодействуют, а их размеры можно аппроксимировать точками.

"Содержится одно и то же количество молекул" - это какое же? Оно равно числу Авогадро, ответим мы, ведь ради этого замеряли 22.4 л. Константа Авогадро является величиной постоянной и равняется 6,02214076 умножить на 10 в 23 степени (моль−1). Иными словами, один моль любого вещества содержит 6,02x10^23 структурных единиц.

Еще Жозефа Луи Гей-Люссака занимала странная ситуация с газами. Ученый как-то изучал реакцию, в которой из хлороводорода и аммиака получался хлорид аммония. Кстати, продукт в этой реакции твердый, а реагенты газообразные. Химик обнаружил, что для наиболее успешного протекания реакции требуется брать строго равные объемы обоих реагентов. Тогда не будет непрореагировавшего газа, а продукт получится в максимальном количестве. По сути, именно Гей-Люссак подошел вплотную к открытию закона Авогадро: если нужно брать одинаковые объемы, то и молекул там содержится равное количество, ведь по стехиометрии требуется соотношение 1:1. Правда, молекулы газов в то время химики представляли себе очень приближенно.

Спустя годы Авогадро столкнулся с записями Гей-Люссака и то итогам размышлений задал вопрос в следующем виде: почему все газы при атмосферном давлении занимают одинаковый объем? С нагнетанием давления он не работал, а то бы столкнулся с отклонениями при высоких собственных концентрациях газов, и не стал бы формулировать закон.

Только когда аппаратура позволила делать точные измерения и контролировать большинство параметров реакции, ученым удалось вывести окончательную формулировку закона Авогадро: при малых равных давлениях все газы, помещенные в одинаковые объемы, содержат одинаковое число молекул.