Хімія. Повторне видання. 8 клас. Григорович (2025)
§ 13. Молярний об’єм газів
Чому молярний об’єм газів потребує окремої уваги?
Поміркуйте
Пригадайте, чим відрізняється внутрішня будова газів від рідин і твердих речовин.
Гази відрізняються від речовин в інших агрегатних станах за розташуванням і «поведінкою» молекул.
У кристалічних речовинах частинки розташовані щільно й не можуть переміщуватися
У рідинах молекули можуть переміщуватися, але розташовані щільно
У газах молекули розташовані на дуже великих відстанях і вільно рухаються
У газах молекули перебувають на великих відстанях одна від одної. Ці відстані значно більші за розміри молекул. І хочамолекули різних газів відрізняються розмірами, формою, цими відмінностями можна знехтувати й розглядати їх як крихітні жорсткі кульки.
Дізнайтеся більше
Уявіть, якби молекули газів були розміром із футбольний м'яч, то за нормального атмосферного тиску та температури 0 °С середня відстань між ними була б приблизно 9 м. Якщо футбольні м'ячі замінити на баскетбольні або тенісні, то відстані між ними зміняться не суттєво.
Поміркуйте
Згадайте з курсу фізики, що таке тиск газів і від чого він залежить.
Напевно ви помітили: якщо йдеться про гази, то зазвичай наводять певні умови. Справді, об’єм газів суттєво залежить від умов вимірювання: тиску та температури.
Саме через таку «поведінку» газів у хімії прийнято об’єми газуватих речовин наводити за однакових умов, які називають нормальними.
Нормальні умови (позначають — н. у.):
• Температура: 0 °С або 273,15 К.
• Тиск: нормальний атмосферний тиск, що дорівнює 101 325 Па, або 1 атм, або 760 мм рт. ст.
Закон Авоґадро
Отже, незалежно від речовини та розмірів її молекул, за однакових умов середня відстань між молекулами різних газів однакова, а тому й об’єми, які займають ці гази, мають бути однаковими. 1811 року, після експериментів із газуватими речовинами, такого висновку дійшов італійський науковець Амедео Авоґадро. Цей висновок сьогодні називають законом Авоґадро.
В однакових об'ємах будь-яких газів, що перебувають за однакових умов (температура й тиск), міститься однакова кількість молекул.
Молярний об'єм газів
Поміркуйте
Якщо в однакових об'ємах газів міститься однакова кількість молекул, то чи можна стверджувати, що однакова кількість молекул газу за тих самих умов займатиме однаковий об'єм?
Лоренцо Романо Амедео Карло Авоґадро ді Кваренья ді Черето
(1776-1856)
Відповідно до закону Авоґадро, однакова кількість молекул різних газів за однакових умов має займати однаковий об’єм. Знаючи, що один моль будь-якої речовини містить певну кількість молекул, можна зробити висновок, що всі гази кількістю речовини 1 моль за однакових умов займають однаковий об’єм.
За аналогією з молярною масою об’єм одного моля речовини називають молярним об’ємом Vm, і за нормальних умов для газів він дорівнюватиме 22,4 л/моль.
Молярний об'єм — це фізична величина, що дорівнює відношенню об'єму речовини до її кількості:
Молярний об’єм вимірюють у літрах на моль (л/моль).
Для порівняння: за стандартних умов (температури 25 °С й нормального атмосферного тиску) молярний об’єм газів дещо більший: Vm = 24,4 л/моль.
Співвідношення об'ємів газів у хімічних реакціях
Якщо під час реакції утворюються або витрачаються молекули газуватих речовин, то відношення кількостей молекул у хімічному рівнянні має дорівнювати відношенню об’ємів цих речовин.
Це правило 1808 року опублікував Жозеф Луї Гей-Люссак, і воно дістало назву закону об’ємних співвідношень, або хімічного закону Гей-Люссака.
Жозеф Луї Гей-Люссак
(1778-1850)
Французький хімік і фізик, зробив вагомий внесок у дослідження газів
Об'єми газів, що вступають у реакцію та утворюються внаслідок реакції, співвідносяться як невеликі цілі числа.
Співвідношення об'ємів газів, що реагують між собою
Обчислення з використанням молярного об'єму
Закон Авоґадро дуже важливий для розрахунків за хімічними рівняннями.
Досліджуємо, моделюємо, проєктуємо
Розробіть алгоритм обчислення об’ємів газуватих речовин — реактантів і продуктів реакції — за відомою масою або об'ємом іншого «учасника» реакції.
Знаючи молярний об’єм газу, можна визначити кількість речовини n у певному об’ємі речовини V за нормальних умов:
Знаючи кількість газуватої речовини, можна обчислити її об’єм за нормальних умов:
V = Vm • n
• Приклади розв’язання задач із використанням молярного об’єму.
Приклад 1. Обчисліть об’єм газу (н. у.) кількістю речовини 1,20 моль.
Приклад 2. Обчисліть кількість речовини газу об’ємом 5,6 л (н. у.).
Приклад 3. Обчисліть масу (г) вуглекислого газу об’ємом 1,00 л (н. у.).
Приклад 4. Обчисліть масу (г) фосфор(V) оксиду, що утвориться внаслідок спалювання фосфору в кисні об’ємом 11,2 л (н. у.).
Приклад 5. Обчисліть об’єм (л) кисню, необхідного для спалювання метану об’ємом 1 л, і об’єм (л) вуглекислого газу, що утвориться внаслідок реакції. Об’єми всіх газів виміряні за однакових умов.
Робота з інформацією
135. Це слово звучить схоже багатьма мовами. Використав його в XVII столітті голландський науковець Ян Баптист ван Гельмонт. Він узяв його з латини (chaos), у яку воно прийшло з грецької. Греки словом хаос називали порожній туманний простір, що існував до створення світу. Про яке слово, на вашу думку, йдеться? Як воно перейшло в інші мови: англійську, німецьку, французьку?
136. Знайдіть інформацію про дослідження Авоґадро та Гей-Люссака, що стали підґрунтями для формулювання їхніх законів.
137. Обчисліть об’єми (н. у.) речовин: а) азоту кількістю речовини 2 моль; б) кисню кількістю речовини 0,5 моль; в) фтору кількістю речовини 0,25 моль; г) сірководню H2S кількістю речовини 2,9 моль; д) амоніаку NH3 кількістю речовини 4,2 моль.
138. Обчисліть об’єм (н. у.) водню: а) масою 10 г; б) кількістю речовини 10 моль.
139. У чотирьох однакових посудинах містяться однакові об’єми газів: амоніаку NH3, азоту N2, сірчистого газу SO2, кисню О2. Визначте, маса якої посудини з газом буде найбільша, а якої — найменша.
140. Обчисліть масу (г) сірководню H2S об’ємом 16,8 л (н. у.).
141. Є зразки двох газів, узятих за нормальних умов: метан СН4 об’ємом 10 л і хлор Сl2 об’ємом 20 л. Обчисліть, у якому зразку більше молекул, а в якому — атомів, і в скільки разів.
142. Чи дорівнюють маси й об’єми (за однакових умов) вуглекислого газу та кисню кількістю речовини по 1,5 моль? Відповідь підтвердьте розрахунками.
143. Обчисліть об’єм зразку амоніаку NH3, в якому міститься втричі більше молекул, ніж у зразку метану СН4 об’ємом 100 л (н. у.).
144. У якому зразку амоніаку більше молекул: масою 100 г чи об’ємом 100 л (н. у.)?
Розуміння явищ природи (робота в групах)
145. На запитання: «Який об’єм займає 1 моль води за нормальних умов?», учень відповів — 22,4 літра. Висловіть і аргументуйте свою думку щодо правильності відповіді учня.
146. Як за законом Авоґадро довести, що: а) молекули кисню, азоту та водню складаються з двох атомів; б) склад молекули води Н2О, а не НО; в) склад молекули амоніаку NH3, а не NH?
