Хімія. Повторне видання (2025). 8 клас. Попель
§ 16. Молярний об’єм. Закон Авогадро
Уявіть, що ви маєте на меті одержати за допомогою хімічної реакції кисень. Чи зважуватимете його після завершення досліду? Звісно, ні, бо зважити газ непросто. Порадимо вам збирати кисень у мірний циліндр витисненням із нього води (с. 34, мал. 18, а), а потім визначити об’єм газу в циліндрі. Знаючи об’єм 1 моль газу, ви обчислите кількість речовини одержаного кисню і його масу.
Отже, в хімії, крім молярної маси, використовують і молярний об’єм.
Дізнаєтеся, зрозумієте, використаєте
- У чому суть величини «молярний об’єм» ?
- Чому в однакових об’ємах різних газів міститься однакова кількість молекул?
Молярний об’єм. Означення цієї величини подібне до означення молярної маси.
Молярний об’єм — це об’єм 1 моль речовини.
Позначення молярного об’єму — VМ, а одиниці його вимірювання — см3/моль (для твердих і рідких речовин), л/моль (для газів).
З курсу фізики вам відома формула для обчислення маси речовини (m) за її густиною (ρ) та об’ємом (V):
m = ρ • V.
Аналогічний зв’язок є між молярною масою і молярним об’ємом:
Μ = ρ • VM.
Із цієї формули виводимо іншу:
За нею можна обчислити молярний об’єм будь-якої речовини.
Кожна тверда і рідка речовина має своє значення молярного об’єму (наприклад, алюміній — 10 см3/моль, кухонна сіль — 27 см3/моль, вода — 18 см3/моль, етиловий спирт — 58 см3/моль). Молярні об’єми речовин у твердому і рідкому станах, як і їхні густини, майже не залежать від температури і тиску.
Розв’язуймо задачу
Підтвердьте за допомогою обчислення, що молярний об’єм води становить 18 см3/моль.
Гази внаслідок нагрівання або зниження тиску істотно розширюються, а внаслідок охолодження або підвищення тиску стискуються. Це зумовлено тим, що відстані між молекулами в газах дуже великі (у твердих і рідких речовинах найменші частинки контактують одна з одною). У разі зміни умов змінюються густина газу і його молярний об’єм. Тому, вказуючи значення цих величин, обов’язково зазначають відповідні температуру і тиск.
Дослідники встановили, що молярний об’єм різних газів за однакових умов один і той самий. Зокрема, за температури 0 °С і тиску 760 мм рт. ст. (або 101,3 кПа) він становить 22,4 л/моль. Наведені умови називають нормальними (скорочено — н. у.)1.
1 Вам відомо, що в хімії виокремлюють ще стандартні умови — температура +25 °С (298 К) і тиск 760 мм рт. ст. (101,3 кПа).
Нормальні умови (н. у.) — 0 °С; 760 мм рт. ст.
1 моль будь-якого газу за нормальних умов займає об’єм 22,4 л.
Насправді об’єми газів кількістю речовини 1 моль незначною мірою різняться. Наприклад, об’єм 1 моль водню становить за нормальних умов 22,42 л, метану — 22,3 л, сірчистого газу — 21,9 л. Відмінності зумовлені слабким взаємним притяганням молекул у газі, яке залежить від складу і форми цих частинок.
Для газів за н. у.
VМ = 22,4 л/моль
Зв’язок між об’ємом (V), кількістю речовини (n) і молярним об’ємом (VM) описує формула
V = n • VM.
Виконаймо вправу
Спробуйте самостійно вивести цю формулу.
З наведеної формули можна отримати дві інші:
Отже, молярний об’єм — це відношення об’єму до кількості речовини.
Закон Авогадро. Водень, кисень чи інший газ кількістю речовини 1 моль займає за нормальних умов об’єм 22,4 л і містить 6,02 • 1023 молекул. Гіпотезу про наявність однакової кількості молекул в однакових об’ємах різних газів, яка ґрунтувалася на результатах досліджень реакцій між газами, запропонував у 1811 р. А. Авогадро. Отримавши подальше експериментальне підтвердження і теоретичне обґрунтування, ця гіпотеза стала законом.
Закон Авогадро формулюють так:
в однакових об’ємах різних газів за однакових температури і тиску міститься однакова кількість молекул1.
1 Якщо інертні гази — гелій, неон, аргон та ін. — однакова кількість атомів.
Наводимо важливий наслідок закону Авогадро:
однакові кількості речовини різних газів за однакових температури і тиску займають однаковий об'єм.
Викладений матеріал підсумовує малюнок 47.
Мал. 47. Однакові кількості молекул і кількості речовини в однакових об’ємах газів
Працюємо разом
Розглянемо приклади розв’язування задач, у яких використаємо молярний об’єм газу.
Наведені та обчислені об’єми, густини і молярні об’єми газів відповідають нормальним умовам.
Задача 1.
Обчислити об’єм водню масою 0,4 г.
Розв’язуймо задачу
Обчисліть масу вуглекислого газу, якщо його об’єм становить 1,12 л.
Задача 2.
Обчислити кількість молекул у кисні об’ємом 1 л.
Цю задачу можна розв’язати ще одним способом. Спочатку обчислюють за відповідними формулами кількість речовини кисню, а потім — кількість молекул.
Задача 3.
Обчислити густину чадного газу CO.
Розв’язуймо задачу
Густина газу X становить 1,43 г/л. Обчисліть молярну масу цього газу.
ВИОКРЕМЛЮЄМО ОСНОВНЕ
Проаналізувавши матеріал, викладений у параграфі, запишіть у зошиті висновки про молярний об’єм речовин, закон Авогадро та їх використання.
Думаймо
Сформулюйте цікаве запитання за темою параграфа і поставте його своїм однокласникам/однокласницям. Порівняйте свою і їхні відповіді та оцініть їх. Поясніть, чому ваша оцінка саме така.
ВАШІ ДОСЯГНЕННЯ І ВІДКРИТТЯ
Перевірмо себе
1. Узгодьте записи в лівому стовпчику із записами у правому стовпчику:
|
1) V(H2) 2) m(Н2); 3) VM(Н2); |
а) 22,4 г; б) 22,4 л; в) 22,4 моль; г) 22,4 л/моль. |
2. Чому об’єми однієї й тієї ж кількості речовини різних газів за тих самих температури й тиску однакові, а твердих і рідких речовин — різні?
3. Обчисліть об’єми (усно):
- а) водню кількістю речовини 10 моль;
- б) сірководню H2S масою 3,4 г.
Розв'язуймо задачу
4. Густина азоту становить 1,25 г/л. Обчисліть молярний об’єм цього газу.
5. Людина за добу видихає в складі повітря вуглекислий газ об’ємом 500 л. Обчисліть масу цього об’єму газу.
6. Маса газу X становить 60 г, а об’єм цієї його порції — 44,8 л. Обчисліть молярну масу газу X. (Усно.)
Поміркуймо
7. Де міститься найбільше молекул — в 1 л води, 1 л кисню чи 1 л водню? Відповідь аргументуйте.
8.* Яким є відношення об’ємів однакових мас газів — водню і метану СН4?
У команді
9. Чотири колби однакового об'єму заповнили за однакових температури й тиску воднем, аргоном, вуглекислим газом і чадним газом. У якій колбі міститься найбільше атомів, а в якій — найменше?
10. Доведіть, що молярні об’єми твердих речовин різні. Для цього відшукайте в інтернеті значення густин кількох металів і використайте їх для обчислень.
Шанс для творчості
11. За матеріалами з інтернету підготуйте повідомлення на тему «Чому твердження А. Авогадро про однакову кількість молекул в однакових об’ємах різних газів протягом тривалого часу було лише гіпотезою?».
Формуймо словничок
12. Випишіть ключові слова і словосполучення з тексту параграфа для укладання двомовного словничка.
Оцінюймо свої знання
13. Створіть у зошиті таблицю оцінювання ваших знань і заповніть її.
