Глава II.19 Молярный объём газов

У вас должно получиться следующее утверждение: «Одинаковое число молекул разных газов при одинаковых условиях занимает одинаковый объём».

Какой объём займёт 1 моль любого газа при условиях, которые называются нормальными (н. у.): температуре 0 °С и давлении 760 мм рт. ст.? Так как 1 моль любого вещества, в том числе газа, содержит одинаковое число молекул, логично предположить, что это количество вещества любого газа при одинаковых условиях будет занимать один и тот же объём (следствие закона Авогадро). Эту физическую величину называют молярным объёмом и обозначают ${\mathrm{V}}_{\mathrm{m}}$. Молярный объём равен 22,4 л / моль при нормальных условиях.

Какой объём займут 2 моль любого газа (н. у.)? Очевидно,

22,4 л / моль ∙ 2 моль = 44,8 л

Какому количеству вещества (н. у.) соответствуют 67,2 л газа? Разумеется, 67,2 л / 22,4 л / моль = 3 моль. Следовательно,

В некоторых случаях удобно оперировать киломолярным или миллимолярным объёмом газа. Эти величины соответственно в 1000 раз больше и в 1000 раз меньше величины 22,4 л/моль. Учитывая, что 1000 л составляют 1 м³, а в 1 л содержится 1000 мл, киломолярный объём равен 22,4 м³/кмоль, а миллимолярный – 22,4 мл/ммоль.

Из закона Авогадро вытекает ещё одно следствие: отношение масс одинаковых объёмов различных газов при одинаковых условиях равно отношению их молярных масс (поскольку в равных объёмах газов при одинаковых условиях содержится одинаковое число молекул и, следовательно, одинаковое число молей).

где M(газа 1) – молярная масса газа 1; M(газа 2) – молярная масса газа 2. 

84

Величина D_{по газу 1} (газа 2), равная отношению молярных масс газов, называется относительной плотностью одного газа по другому газу.

Она показывает, во сколько раз один газ тяжелее или легче другого, и не имеет размерности. Например:

D_O2 (газа) = М(газа) / М(О₂) = М(газа) / 32

$D_{{\mathrm{H}}_2}$(газа) = М(газа) / М(О₂) = М(газа) / 32

$D_{\mathrm{возд}}$(газа) = М(газа) / М(возд.) = М(газа) / 29

Чаще всего в качестве газа для сравнения выбирают водород или воздух. Так как воздух представляет собой смесь газов (в первую очередь азота и кислорода), то для нахождения относительной плотности газов по воздуху используют его среднюю молярную массу, которую определяют для чистого сухого воздуха объёмом 22,4 л. Эта масса равна 29 г/моль. Плотность газа по воздуху учитывают при выборе способа собирания газов в лаборатории.

Если молярная масса газа меньше 29, его собирают способом вытеснения воздуха в перевёрнутый вверх дном сосуд (рис. 61, а). Если молярная масса газа больше 29, то его собирают способом вытеснения воздуха в сосуд, расположенный вниз дном (рис. 61, б).

85