Газовые законы. Закон Авогадро. Молярный объем газа

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 10Следующая ⇒

Состояние идеального газа характеризуется следующими параметрами: давлением Р, температурой Т и объемом V. Между этими величинами экспериментально установлены соотношения, которые используются для решения расчетных химических задач, связанных с газообразными веществами.

1. Закон Бойля-Мариотта: При постоянной температуре PV = const.

2. Закон Гей-Люссака: При постоянном давлении (V/T)=const.

3. Закон Шарля: При постоянном объеме (P/T)=const.

В 1834 г. Фр. химик Б. Клапейрон объединил эти три закона в универсальный газовый закон:

(PV/T)=const, или (P₁V₁/T₁)=(P₂V₂/T₂).

Уравнение для 1 моль газа было выведено Д.И. Менделеевым в 1874 г.:

PV = RT,

где R – универсальная газовая постоянная (R= 8, 314 Дж/(моль·К).

Для произвольного количества газа: PV = nRT = (m/M)RT.

Это общее уравнение состояния идеального газа, в котором n - число моль газа, m – масса газа, а M – его молярная масса, называется уравнением Клапейрона–Менделеева.

В 1811 г. итальянский химик А. Авогадро сформулировал один из важнейших газовых законов, который получил название закона Авогадро: в равных объемах различных газов при одинаковых условиях (температуре и давлении) содержится одно и то же число молекул.

Важным следствием из закона Авогадро является утверждение: при одинаковых условиях 1 моль любого газа занимает одинаковый объем.

В частности, при нормальных условиях (н. у.) – при температуре Т = 273 К (0⁰С) и давлении Р = 101, 325 кПа (1 атм) – 1 моль различных газов занимает объем, равный 22, 4 л. Этот объем называется молярным объемом газа.

Следует отметить, что закон Авогадро имеет приближенный характер. Он справедлив лишь для идеальных газов, между молекулами которых отсутствует взаимодействие. Реальные газы не подчиняются этому закону.

Молярный объем газа – это отношение объема вещества к количеству этого вещества: V_М = V/n,

где V_М – молярный объем газа (размерность м³/моль или л/моль); V – объем вещества системы; n – количество вещества системы.

Из закона Авогадро следует, что два различных газа одинаковых объемов при одинаковых условиях содержат одинаковое число молекул, а, следовательно, и равные количества вещества.

Отношение массы определенного объема одного газа к массе такого же объема другого газа (взятого при тех же условиях) называется плотностью (D) первого газа по второму: D=M₁/M₂.

Закон химических эквивалентов. Вещ-ва вступают в хим-ую реакцию и образуются в ходе нее в эквивалентных количествах. Хим-ий эквивалент – реальная или условная частица вещ-ва, к-я в обменной реакции соединяется с одним ионом Н⁺или замещает его, т.е. эквивалентно одному иону Н⁺, а в ОВР эквивалентно одному электрону

2 NaOH + H2SO4 = Na2SO4 + H2O 1/z (X) Х – обозначение эквивалента вещ-ва Х Для NaOH z=1, H2SO4 z=2

2. Электронное строение атома. Атомные орбитали. Заполнение АО электронами

Атом – мельчайшая, электронейтральная, химически неделимая частица ве- щества, состоящая из положительно заряженного ядра и отрицательно заря- женной электронной оболочки.

В 1911 г. Э. Резерфорд предложил планетарную модель строения атомов, позже дополненную и усовершенствованную датским физик Бором в 1913.Н. Бор предложил модель атома, в которой электроны-частицы вращаются вокруг ядра атома примерно так же, как планеты обращаются вокруг Солнца. Предположил, что электроны в атоме могут устойчиво существовать только на орбитах, удаленных от ядра на строго определенные расстояния. Эти орбиты он назвал стационарными.

Электронные орбиты в модели Бора обозначаются целыми числами 1, 2, .., n, начиная от ближайшей к ядру. В дальнейшем мы будем называть такие орбиты уровнями (электронными слоями).

Уровни, в свою очередь, могут состоять из близких по энергии подуровней (электронных оболочек ). Их обозначают символами s, p, d, f. Например, 2-й уровень состоит из двух подуровней (2s и 2p). Третий уровень состоит из 3-х подуровней (3s, 3p и 3d), как показано на рис. 2-6. Четвертый уровень (он не поместился на рисунке) состоит из подуровней 4s, 4p, 4d, 4f.

В электронной оболочке любого атома ровно столько электронов, сколько протонов в его ядре, поэтому атом в целом электронейтрален. Электроны в атоме заселяют ближайшие к ядру уровни и подуровни, потому что в этом случае их энергия меньше, чем если бы они заселяли более удаленные уровни. На каждом уровне и подуровне может помещаться только определенное количество электронов.

Подуровни, в свою очередь, состоят из одинаковых по энергии орбиталей. Образно говоря, если электронное облако атома сравнить с городом или улицей, где " живут" все электроны данного атома, то уровень можно сравнить с домом, подуровень - с квартирой, а орбиталь - с комнатой для электронов. На каждой орбитали может быть не больше двух электронов.

Принцип минимума энергии определяет порядок заселения атомных орбиталей, имеющих различные энергии. Согласно принципу минимума энергии, электроны занимают в первую очередь орбитали, имеющие наименьшую энергию. Энергия подуровней растет в ряду: 1s < 2s < 2 p < 3s < 3p < 4s < 3d < 4p < 5s < 4d < 5p < 6s < 4f~5d < 6p < 7s

Следует обратить внимание на неопределенность записи 4f 5d и 5f 6d. Оказалось, что у одних элементов более низкую энергию имеет 4f-подуровень, а у других - 5d-подуровень. То же самое наблюдается для 5f- и 6d-подуровней.

Принцип Паули, который часто называют еще принципом запрета, ограничивает число электронов, которые могут находиться на одной орбитали. Согласно принципу Паули, на любой орбитали может находиться не более двух электронов и лишь если они имеют противоположные спины.

Правило Хунда определяет порядок заселения электронами орбиталей, имеющих одинаковую энергию. Оно было выведено немецким физиком- теоретиком Ф. Хундом в 1927 г. на основе анализа атомных спектров. Согласно правилу Хунда, заполнение орбиталей одной и той же оболочки происходит таким образом: сначала каждую орбиталь занимают по одному электрону, а затем уже по второму, с противоположным спином.

⇐ Предыдущая 123 4 5 6 7 8 9 10 Следующая ⇒