В 1811 г. итальянский физик А. Авогадро с целью объяснения некоторых экспериментальных результатов (в частности, для объяснения простых объемных отношений между реагирующими газами) выдвинул следующую гипотезу:

В равных объемах различных газов при одинаковых условиях (давлении и температуре) содержится одинаковое число молекул.

Впоследствии гипотеза Авогадро была подтверждена всеми имевшимися экспериментальными данными и вошла в науку под названием закона Авогадро.

Без тех сведений о природе газообразного состояния, которые мы разобрали (§ 4), закон Авогадро был бы непонятен. Действительно, неясно на первый взгляд, почему равные количества молекул самых разнообраз­ных газов должны занимать одинаковый объем, несмотря на то, что различные молекулы имеют различные размеры. Закон Авогадро становится понятным с точки зрения кинетической теории идеальных газов. Согласно этой теории молекулы идеального газа в среднем находятся на расстояниях друг от друга, в десятки и сотни раз превышающих их собственные размеры. В таком случае понятно, что различие в размерах индивидуальных молекул не играет существенной роли.

Такая физическая трактовка закона Авогадро позволяет указать границы его применимости, так как точные экспериментальные измерения показывают его приближенность. Оказывается, что отступления от зако­на Авогадро проявляются тем больше, чем меньше меж- молекулярные расстояния в газе и, следовательно, чем больше взаимодействуют отдельные молекулы газа друг с другом. Мы уже знаем, что такое состояние осуществляется при повышенных давлениях или понижен-

ных температурах — предельным случаем для газа будет переход его в жидкость и далее в твердое состояние. Выше было показано, что твердые вещества и жидкости практически несжимаемы, так как их молекулы уже находятся на предельно близких расстояниях друг от друга. В этом случае объем, занимаемый веществом, зависит от собственных размеров составляю­щих его молекул. Таким образом, закон Авогадро (как и другие законы идеальных газов: Бойля—Мариотта, Шарля, Гей-Люссака, Менделеева—Клапейрона) строго выполняется только для идеального газа. Для реальных газов применимость этих законов является наилуч­шей при низких давлениях и повышенных температурах.

Подчеркнем еще раз, что если закон Авогадро применим только для газов, то число Авогадро имеет универсальный характер для любого агрегатного состояния вещества.

Из закона Авогадро вытекают важные следствия:

1. Одинаковое число молекул различных газов при одинаковых условиях занимает одинаковый объем.

2. Грамм-молекулы различных газов при одинаковых условиях занимают одинаковый объем.

Действительно, грамм-молекула любого вещества (следовательно, и газообразного вещества) содержит постоянное количество молекул. В сочетании с законом Авогадро это и приводит к его второму следствию.

3. Объемы газов, реагирующих между собой или образующихся в результате реакции, находятся в отно­шениях небольших целых чисел.

Рассмотрим, например, реакции:

image295

Чтобы взятые вещества прореагировали полностью, требуется соотношение молей реагирующих веществ 1:1 и 1:5, что в случае газов и будет равно отношению объемов реагирующих веществ.

4. При нормальных условиях грамм-молекула любого газа занимает объем, примерно равный 22,4 л.