Число Авогадро

Закон Авогадро гласит, что в одинаковых объемах идеальных газов при одинаковом давлении и одинаковой температуре содержится равное число молекул. Другими словами, моль любого газа при одинаковых давлении и температуре занимает один и тот же объем. Моль — количество вещества, которое содержит столько же структурных единиц, сколько содержится в 12 г изотопа углерода ¹²С. Структурные единицы — это любые частицы (атомы, молекулы, электроны, ионы и т.д.). Их количество в 1 моле вещества называется числом Авогадро. Оно позволяет определить такие величины, как заряд электрона, масса атома или молекулы и др.

Как же все это понимать? Возьмем химическую реакцию, которая происходит при горении дерева. При соединении углерода древесины с кислородом воздуха образуется двуокись углерода СО₂. У одного атома углерода такая же масса, как у 12 атомов водорода, а у двух атомов кислорода — как у 32 атомов водорода. Следовательно, соотношение масс участвующих в реакции углерода и кислорода всегда будет составлять 12 : 32. Соотношение остается неизменным при любых единицах измерения: 12 г углерода всегда реагируют с 32 г кислорода, 12 ц углерода — с 32 ц кислорода и т.д. В химических реакциях главное — относительное количество атомов каждого элемента, который участвует в реакции.

Число Авогадро и моль — наглядное представление

Следовательно, в 12 г углерода столько же атомов, сколько в 16 г кислорода. Именно это количество атомов химики и называют молем. Если принять относительную атомную массу вещества за n (иными словами, его атом в n раз тяжелее атома водорода), то масса одного моля этого вещества будет равна n г. Моль — мера количества вещества, как пара, десяток или сотня. Сапог в паре всегда два, яиц в десятке всегда десять, и в моле вещества всегда одно и то же количество атомов, ионов или молекул.

Но как ученые к этому пришли? Ведь сосчитать атомы очень сложно. Все началось с исследований итальянского химика Амедео Авогадро. Он знал, что, когда между газами протекает химическая реакция, соотношение между объемами газов равно соотношению между количествами их молекул. Так, когда три молекулы водорода Н₂ вступают в реакцию с одной молекулой азота N., то образуется две молекулы аммиака NH₃, а объем участвующего в реакции водорода оказывается в три раза больше объема азота. Авогадро пришел к выводу, что количество молекул в обоих объемах находится в соотношении 3:1, т. е. в равных объемах газа содержится равное количество атомов или молекул. Это и есть известный сегодня закон Авогадро.

Когда горит костер, можно быть уверенным, что для каждого атома углерода дров и хвороста найдутся два атома кислорода воздуха, и их массы будут относиться друг к другу как 12:32

Закон Авогадро показывает, что в одинаковых объемах разных газов содержится одинаковое количество молекул. Совпадение этих значений свидетельствует о том, что молекулы реально существуют

Чему равно число Авогадро?

Самому Авогадро не было известно, какое количество атомов или молекул содержится в одном моле вещества. Современная наука точно определила, что это число, или число Авогадро, N_A = 6,02 • 10²³.

Иллюстрация из учебника по химии, опубликованного в России, представляет портрет итальянского ученого-химика Амедео Авогадро (1776—1856). 2010 г.