Согласно закону Авогадро можно определить молекулярный вес газа путем взвешивания определенного объема газа при нормальных условиях. По этим данным затем рассчитывается масса, которую имели бы 22,4 л газа при нормальных условиях.

Другой метод основан на измерении относительной плотности одного газа по отношению к другому. Предположим, мы взвесили равные объемы двух различных газов при одинаковых условиях. Пусть вес первого газа оказался равнымimage1г, вес второго —

Тогда можно записать

где— масса молекулы первого и второго газов соответственно;

image3— число молекул первого и второго газов в каждом из взвешиваемых объемов соответственно.

Но по закону Авогадро количество молекул в первом и втором объемах (равных объемах) одинаково, т. е.image4поэтому из уравнений следует

Абсолютные массы молекул легко заменить через относительные молекулярные массы (см. § 3, гл. I). Молекулярный вес первого газа равен

молекулярный вес второго газа

гдеimage5часть массы атома углеродаimage6

С учетом уравнений (4) и (5) выражение (3) перепишется в виде.

image8

image13

Это отношение веса данного газа к весу такого же объема другого газа, взятого при той же температуре и давлении, т. е. число, показывающее, во сколько риз первый газ тяжелее второго, называется относительной плотностью первого газа по второму.

Из формулы следует, что если мы знаем молекулярный вес какого-либо газа и относительную плотность неизвестного газа по известному, то можно рассчитать молекулярный вес неизвестного газа. Обычно плотность газа определяют го отношению к самому легкому газу — водороду (обозначаютimage14|, Молекулярный вес водорода равен 2 у. е., поэтому

image15

т. е. молекулярный вес вещества в газообразном состоянии равен его удвоенной плотности по водороду.

Часто плотность газа определяют по отношению к воздуху, обозначаютimage16Средний молекулярный вес- воздуха равен 29 у. е. В этом случае молекулярный вес газа определяется выражением

image17

Заметим, что плотность газа может быть определена по отношению к любому газообразному соединению, например к гелиюimage18аммиакуimage19и т, д.

Подчеркнем, что описанные методы определения молекулярного веса газов могут быть использованы для приближенного определения молекулярных весов. Для большей точности надо вводить поправку на отклонение газа от идеального состояния. Для этого исполь­зуют уравнение состояния идеального газа, проводя измерения при все более и более низких давлениях.

Напомним, что уравнение Менделеева—Клапейрона имеет вид

Откуда

image20

Поэтому проводят ряд точных измерений плотностей газа при постоянной температуре и нескольких (достаточно низких) давлениях. По уравнению рассчитывается для каждого давления так называемый «кажущийся» молекулярный весimage21Полученные значения М' наносят затем на график в виде функции от давления, и экстраполируют к нулевому давлению, при котором молекулы на­ходятся так далеко друг от друга, что силы взаимного притяжения не проявляются, и газ можно считать идеальным.

image22

График был построен по измерениям, выполненным для хлористого метилаimage23Значениеimage24экстраполированное к нулевому давлению, является «истинным» молекулярным весом М и равно 50, 435.

Подчеркнем, что описанные здесь методы сейчас мало применяются, поскольку более точные значения молекулярных (атомных) весов получают масс-спектрО' метрическим методом.

Масс-спектрометр представляет собой прибор, который из пучка положительных ионов выделяет ионы с одинаковым отношением массы к заряду. Анализируемое вещество сначала ионизируют. Могут быть использованы вещества в твердом, жидком или газообразном состоянии, но твердые и жидкие вещества должны быть предварительно переведены в газовую фазу, так как ионизация вещества всегда происходит .в газовой фазе в результате бомбардировки молекул газа пучком электронов высокой энергии. Получающиеся положительные ионы направляют затем в однородное магнитное поле, где их траектории искривляются в за­висимости от их масс. Радиус кривизны оказывается тем больше, чем больше масса иона при данном заряде. Измерение отклонений ионов от начальной их траектории дает возможность определять их массу.