Химия - Фролов В.В.
Скачать (прямая ссылка):
медь кислород медь кислород
Куприт
Тенорнт 88,8
80,0 11,2
20,0 100 100 12,5 25,0
Определим эквиваленты меди в обоих соединениях:
100-25
100.........12,5
3,..........8
Э, — 64 и
Э.,—8
Э„ - 32.
Находим из уравнения (1.4) валентности меди в обоих случаях, зная, что атомная масса меди~64:
"і:
64 64
1 (Си.0) и п2=~ = 2 (СиО)
Отсюда получаем следствие: химический эквивалент не является постоянной величиной для элементов, проявляющих переменную степень окисления.
Вычисления атомных масс и массы атомов и молекул. Определение атомных масс через значения эквивалентов для твердых тел раньше осуществлялось с помощью закона Дюлонга и Пти (1819): произведение удельной теплоемкости на величину атомной массы есть величина постоянная (равная приблизительно двадцати пяти):
С = Асе*25 Дж/(моль • К),
(1.5)
где С—атомная теплоемкость; ^4 — атомная масса; с — удельная теплоемкость.
Значение атомной теплоемкости для твердых тел может быть
13
вычислено по уравнению Планка и Эйнштейна для энергии линейного осциллятора, возбуждаемого квантами энергии:
где С — атомная теплоемкость; 0 — характеристическая температура; Т — температура; ф — функция Планка — Эйнштейна. Оно для комнатных температур теоретически равно SR или 24,94 Дж/(моль • К). При известных значениях химического эквивалента и удельной теплоемкости можно-определить валентность и атомную массу элемента, пользуясь законом Дюлонга — Пти. В самом деле, умножая значение химического эквивалента на удельную теплоемкость, получим
для одновалентного элемента (Э—А/1 — А)
Эс = Ас&25,
для двухвалентного элемента (Э=А/2)
Эс = Ас/2= 12,5, ' (1,6)
для трехвалентного элемента (Э = А/3)
= /1с/3^8,3.
Сейчас атомные массы определяются масс-спектрографически, и закон Дюлонга и Пти имеет лишь историческое значение.
Закон простых объемных отношений: при одинаковых физических условиях (р, Т) объемы реагирующих газов и газообразных, продуктов реакции относятся между собой как небольшие целые числа (коэффициенты химического уравнения) (Гей-Люссак, 1805).
На этом законе основаны методы газового анализа, очень часто применяемого в промышленности (газоанализаторы Орса, Вюрца — Штролейна, ВТИ — Всесоюзного теплотехнического института).
Закон Авогадро (1811). Это один из основных законов естествознания: в равных объемах любых газов при одинаковых физических условиях содержится одинаковое число частиц (молекул или атомов, если простое вещество не образует молекул, как, например, Не, Аг). •
Этот закон применим также и для ионов и электронов ионизованных газов в том случае, если их концентрация не очень велика и воздействием внешних электрических и магнитных полей можно пренебречь.
Позднее (в середине 1850-х годов) Жераром получены следствия из закона Авогадро, на основании которых он предложил метод определения молекулярных масс независимо от химического состава молекул газообразных веществ.
Первое следствие: / моль любого газа имеет равный объем при одинаковых физических условиях. Молярный объем газа при нормальных условиях ('/'-=273 К; /7=1,013 • 10б Па)
у = 22 414 СМ3/МОЛЬ?Ё 22,4 л/моль, или 22,4 м3/кмоль.
14
В т о р о е с л е д с т в и е: молекулярная масса газообразного вещества равна удвоенной плотности его по водороду (точнее 2,016 плотности). Это следствие из закона Авогадро выводится очень легко. Пусть мы имеем два одинаковых объема разных газов при одинаковых физических условиях. Массы их в данных объемах будут разными:
#1 = '«|Я; .gs = m.jti. (1.7)
Здесь m, и пг,2 — масса отдельной молекулы каждого газа, п — число молекул, одинаковое для обоих газов по закону Авогадро. Выразим объем газов через их массы и плотности Q, И Q2. Поскольку объемы обоих газов равны, то
Ol Qa
Заменим массы отдельных молекул (ml и т2) их молекулярными массами (М{ и М2) и сократим п:
^L-A. (1.9)
Ol Ог
В нашем примере один газ неизвестен (X), а другой газ-водород, для которого известны молекулярная масса и плотность. Отсюда получаем
Мх = Ми„-^ = 2,016/4,
Ulis
где Du, — плотность газа X по водороду или отношение плотностей газов X и Н2, которое можно определить простым физическим экспериментом.
Пропорциональность между массой отдельной молекулы и молекулярной массой подразумевалась, но коэффициент пропорциональности был определен французским ученым Перреном лишь в 1908— 1910 гг. Heppen впервые определил массу молекулы кислорода и постоянную Авогадро:
СИ N = 6,02.1026 кмоль-1, СГС N = 6,02-1023 моль"1.
Таким образом, постоянная Авогадро — это число частиц, имеющих собственное движение, в объеме 22,4 м3 любого газа при нормальных условиях.' Напомним, что это могут быть молекулы простого или сложного вещества или атомы простого' вещества, если оно не образует молекул.
В настоящее время массу атома непосредственно определяют с большой точностью масс-спектрографически (Астон). Этот метод позволил открыть явление изотопии, т. е. наличие у одного химического элемента атомов с различной массой — изотопов.
За единицу атомной массы с 1961 г. (Международный съезд химиков в Монреале) принята '/ig часть массы атома углерода, (изотоп 'JC), равная 1,660531 • 10"" кг.
