ХИМИЯ. ГАЗОВЫЕ ЗАКОНЫ

Поведение идеальных газов описывают следующие законы: 1) при постоянной температуре изменение объема газа обратно пропорционально изменению давления (закон Бойля — Мариотта); 2) при постоянном давлении изменение объема газа прямо пропорционально изменению абсолютной температуры (закон Шарля — Гей-Люссака); 3) при постоянных температуре и давлении изменение объема прямо пропорционально изменению количества вещества (закон Авогадро). Эти законы можно представить в виде одного уравнения состояния идеального газа PV = nRT, где Р — давление газа (Па), V — его объем (м3), Т — абсолютная температура (К), n — число молей газа, R — универсальная газовая постоянная, равная 8,314 Дж/K*моль (R = 0,08206 л*атм/К*моль, если P измеряют в атмосферах, V — в литрах, n — в молях, T — в кельвинах). Если два газа смешать при постоянных температуре и давлении, то объем смеси будет равен сумме объемов газов, ее составляющих; при постоянном объеме давление смеси газов, химически не взаимодействующих друг с другом, равно сумме парциальных давлений газов, составляющих смесь (закон парциальных давлений, установленный Дальтоном). Парциальное давление — это давление компонента идеальной газовой смеси, которое он оказывал бы, если бы один занимал объем всей смеси. Мольная доля одного из компонентов газовой смеси — это та часть всех молекул газа, которую составляют молекулы данного компонента. Для любого газа в смеси

Газы, поведение которых строго следует приведенному выше общему уравнению, называются идеальными. К ним близки инертные и другие газы, имеющие очень низкую температуру кипения (например, водород, кислород и азот). Газы с высокой температурой кипения, такие, как диоксид углерода, подчиняются законам идеальных газов весьма приближенно. Представленные выше газовые законы основываются на допущении, что молекулы (или атомы) газа не имеют объема и не взаимодействуют друг с другом. Первое предположение не очень далеко от реальности, поскольку газ занимает значительно больший объем, чем жидкость такой же массы (объем жидкости есть мера объема ее молекул). Второе допущение тоже представляется разумным, поскольку, если бы молекулы газа достаточно сильно взаимодействовали, произошла бы конденсация. Если газ заключить в замкнутый сосуд, то его давление будет определяться энергией молекул, бомбардирующих стенки. Поскольку молекулы всех газов при одинаковой температуре обладают одинаковой кинетической энергией (температура — мера этой энергии), равные количества молекул будут оказывать одинаковое давление на стенки сосуда независимо от того, какому газу они принадлежат. А.Авогадро предположил, что занимаемый газом объем тоже определяется только числом молекул, а не их природой, и он тем больше, чем ниже давление или выше температура, но не зависит от размера или массы молекул газа как таковых, поскольку они очень малы. Между числом молекул и объемом газа существует следующее количественное соотношение: один моль любого газа содержит 6,022*10 23 молекул и при нормальных условиях (0° С и 760 мм рт. ст.) занимает объем 22,4 л (см. АВОГАДРО ЧИСЛО).