Этот закон открыл выдающийся итальянский ученый Амедео Авогадро в 1811 году.
В равных объемах различных газов при одинаковых условиях содержится одинаковое число молекул.
Это означает, что все газы ведут себя в определенном смысле одинаково и что объем газа при заданных условиях не зависит от химической природы газа, а определяется только количеством частиц. После открытия этого закона свой истинный смысл и научное обоснование получил закон объемных соотношений. Большая заслуга Авогадро заключается в том, что он смог установить простую связь между макроскопической величиной, наблюдали, - объемом - и микроскопическими свойствами газообразных веществ - числом частиц. Анализируя объемные соотношения Гей-Люссака и используя свое открытие, Авогадро установил, что молекулы газообразных простых веществ (кислорода, водорода, азота, хлора) является двухатомными. Если предположить, что водород и хлор одноатомные, то за счет реакции присоединения объем должен уменьшиться вдвое. Но поскольку объем не меняется, то молекулы водорода и хлора содержат по два атома, и реакция происходит по уравнению
H2 + Cl2 ^ 2HC1.
Аналогично можно установить молекулярные формулы воды, аммиака, углекислого газа и других веществ.
Объем, который занимает определенное количество вещества в любом агрегатном состоянии, обусловлен тремя параметрами: количеством вещества, т.е. числом частиц (молекул, атомов или ионов), расстоянием между молекулами и собственными размерами частиц. В твердом и жидком агрегатных состояниях вещества расстояние между частицами очень маленькая, поэтому размеры самих молекул существенно влияют на объем вещества. Одновременно в газообразном состоянии при обычном давлении расстояние между молекулами примерно в тысячу раз больше, чем размеры самих молекул, поэтому размеры молекул можно не учитывать. Вследствие этого объем газов определяется двумя параметрами: числом молекул и расстоянием между ними. При одинаковых условиях (давление и температура) расстояние между молекулами в газах одинакова. Отсюда следует, что объем газа в этом случае определяется только числом молекул. Поэтому при одинаковых условиях одинаковые объемы различных газов содержат одинаковое количество частиц, и наоборот. Следует отметить, что при низких температурах и при высоком давлении расстояния между молекулами в газах уменьшаются и могут стать сопоставимыми с размерами молекул, поэтому в таких условиях закон Авогадро не действует.
Выводы из закона Авогадро
1. Молярный объем любого газа при нормальных условиях составляет 22,4 л.
(Обоснование этого вывода см.. Выше.)
2. Соотношение плотностей двух газов при одинаковых условиях равна соотношению их молярных масс.
Если проводить вычисления для вещества количеством 1 моль, то масса такого количества будет равна молярной массе вещества, а ее объем - молярном объема. В этом случае формула для плотности превратится в следующую.