Атомы и молекулы чрезвычайно малы, поэтому непосредственно их наблюдать не удалось. Однако косвенным путем наука не только доказала их наличие, но и определила размеры и даже массу. Так, установлено, что масса атома водорода равна 1,626 .10-24 г. На практике пользуются не абсолютными, а относительными весами атомов и молекул.
Атомной массой элемента называется масса его атома, выраженная в углеродных единицах (единица атомной массы - 1/12 часть массы нейтрального атома углерода С12 ).
Молекулярной массой вещества называется масса его молекулы, выраженная в углеродных единицах. В химии для количественных расчетов введены следующие единицы массы: грамм-атом и грамм-молекула.
Грамм-атом - число граммов, равное атомной массе элемента.
Грамм-молекула - число граммов вещества, равное его молекулярной массе.
Следствия из закона Авогадро. Понятие о грамм-молекулярном объеме
Если экспериментально определить массу I л любого газа, то можно легко вычислить объем, какой будет занимать грамм-молекула его при нормальных условиях (давление 760 мм. рт. ст. и температура - 0°С).
Например: а) масса I л водорода = 0,08988 г.
г-моль Н2 = 2,016 г., отсюда:
I л - 0,08988 г х = 2,016 . I = 22,4 л
х - 2,016 0,08988
б) масса I л NН3 = 0,7708 г.
г-моль NН3 = 17,27 г. таким образом:
I л - 0,7708 х = 17,27 . I = 22,4 л
0,7708
х - 17,27
Следовательно:
1. Грамм-молекула любого газа при нормальных условиях занимает объем, равный 22,4 л. Этот объем носит название грамм-молекулярного объема.
2. Согласно закону Авогадро, в равных объемах различных газов при одинаковых условиях содержится одинаковое число молекул. Таким образом, одна грамм-молекула любого газа содержит одно и то же число молекул. Это число называется числом Авогадро и равно 6,023 . 1023. Оно определено различными физико-химическими методами.
3. Было установлено, что грамм-молекула любого вещества, независимо от агрегатного состояния, содержит одинаковое число молекул, равно числу Авогадро.
Н2 I грам-моль - 6,023 . 1023 молекул
NаС1 I г-моль - 6,023 . 1023 молекул
Н2SО4 I г-моль - 6,023 . 1023 молекул
4. Подобно грамм-молекулам веществ и грамм-атомы элементов содержат одинаковое число атомов; а грамм-ионы - одинаковое число ионов, равное числу Авогадро.
Nа0 I г-ат. (23 г.) - 6,023 . 1023 атомов;
Na+ I г-ион (23 г.) - 6,023 . 1023 ионов.
Чтобы сравнить, насколько велико количество молекул, содержащихся в I г-моле любого вещества, в литературе приведены такие данные:
1. Если растворить I г-моль вещества в мировом океане и затем зачерпнуть I л воды, то в ней окажется около 440 молекул этого вещества.
2. Если нанизать, как бусы, молекулы водорода, содержащиеся в I г-моле (2,016 г.), то длина таких бус была бы почти в 1000 раз больше расстояния от Земли до Солнца.
3. Если из сосуда (1 л), наполненного кислородом, будет вылетать по I млн. молекул газа в секунду, то время, пока все молекулы вылетят, будет составлять 10 млн. лет.
На основании закона Авогадро появилась возможность определения молекулярных масс газообразных веществ.
1. Если известна масса некоторого объема газа при нормальных условиях, то можно вычислить вес (массу) грамм-молекулы, т.е. его молекулярную массу.
Например: I л водорода - 0,08988 г
22,4 л - х х = 22,4 . 0,08988 = 2,016 г.
I
2. Грамм-молекулярный объем 22,4 л., масса в граммах I л газа
(плотность) и грамм-молекулярная масса М (при нормальных условиях), связаны между собой следующей зависимостью:
М = 22,4 . d см. предыдущий пример: М = 22,4 . 08988 г. = 2,016 г.
3. Молекулярную массу можно рассчитать на основании уравнения Менделеева-Клайперона: рV = m RT или М = mRT
M рV
где М - молекулярная масса;
m - масса;
V - объем;
Т - абсолютная температура;
р - давление;
R - универсальная газовая постоянная, численное значение которой зависит от тех единиц, в которых выражается давление и объем.
R = 62400 мл. мм. рт. ст./град. моль;
R = 0,082 л. атм./град. моль;
R = 8,314 н. м./град. моль, если выражать давление и объем в единицах системы СИ - давление в ньютонах на квадратный метр, а объем в кубических метрах.