Газовые законы в
химии
Многие химические реакции протекают с участием газообразных веществ. Особенностью газообразного состояния вещества является расстояние между молекулами, в десятки раз превышаюшее размеры молекул и сравнительно слабое (по сравнению с жидким и твердым состоянием вещества) межмолекулярное взаимодействие. В физике пользуются понятием идеального газа – состоящего из невзаимодействующих материальных точек. В химии имеют дело с реальными газами, но во многих случаях реальный газ можно считать идеальным – когда давление невелико и температура значительно превышает температуру кипения газа.
Закон Авогадро: При одинаковых условиях (одинаковых темперауре и давлении) равные объемы различных газов содержат одинаковое число молекул.
Так как количество вещества пропорционально числу молекул вещества, то при одинаковых условиях равные объемы различных газов содержат одинаковое количество вещества.
Следствия из закона Авогадро:
1. Один моль любого газа при одних и тех же условиях условиях занимает один и тот же объем, который называется молярным объемом газа при данных условиях V M (pT)V M (pT) .Учитывая, что условий, определяемых наборами значений р и Т бесконечно много, бесконечно много и значений молярного объема газа. Если дан объем газа при некоторых условиях р и Т, и для эих же условий известно значение молярного объема V M (pT) , то количество вещества газа
Естественно ожидать, что некоторые условия выбраны за стандартные. Такими условиями в случае газов являются нормальные условия (н.у.), которым соответствует давление р = 101325 Па (или 101,3 кПа) и температура Т = 273 К. При нормальных условиях молярный объем газа составляет 22,4 л/моль.
2. Второе следствие из закона Авогадро касается относительной плотности газов. Относительной плотностью газа А по газу В называют отношение плотностей этих газов, измеренных при одинаковых условиях:
Применяя теперь закон Авогадро (объемы газов одинаковы, условия также одинаковы), получим, что число молекул газа А равно количеству молекул газа В:
и, если принять массу молекулы
газа А за 
А, а газа В – за
В, то mA = АN, а mB = BN и относительная плотнось газа А по газу В равна:
Умножая полученное выражение на число Авогадро NА получим относительную плотность в виде отношения молярных масс газов А и В:
а поделив на а.е.м. – в виде отношения относительных молекулярных масс газов А и В:
3. Третье следствие закона Авогадро относится к реакциям с участием газов, его часто называют законом объемных отношений: объемы реагирующих и образующихся в результате реакции газов, если они измерены при одинаковых условиях, относятся так же, как и коэффициенты в уравнении реакции. Например, для реакции горения метана
на основании этого закона можно утверждать, что с одним объемом метана прореагирует два объема кислорода, в результатеполучится один объем углекислого газа, если все объемы измерены при одинаковых условиях.
Уравнение
Менделеева-Клапейрона
Уравнение, связывающее между собой все параметры системы,
называется уравнением состояния. Для газовых систем уравнением
состояния является уравнение Менделеева-Клапейрона, которое
связывает давление р, температуру Т, объем V и количество
вещества газа 
:
где R –универсальная газовая постоянная R = 8,314 Дж/моль•К.
Уравнение содержит размерную константу R, поэтому оно чувствительно к размерностям подставляемых величин. Следуетзапомнить правила подстановки: количество вещества - в молях, температура - в К(градусах Кельвина), давление вПа(Паскалях), объем в м3 (кубических метрах). Допустима подстановка давления в кПа (килопаскалях) и объема в л (литрах).
Смеси газов
При обычных условиях газы смешиваются между собой практически в любых отношениях. Каждый из газов, входящих в состав смеси может быть охарактеризован парциальным давлением. Парциальным давлением рК компонента газовой смеси называется давление, которое создавал бы данный компонент, если бы один находился в объеме, занимаемом смесью при той же температуре.
Закон Дальтона: полное давление смеси химически не взаимодействующих газов равно сумме парциальных давлений ее компонентов:
Закон Дальтона имеет ряд важных следствий:
1. Парциальное давление компонента газовой смеси равно произведению полного давления смеси на мольную долю компонента.
2. При постоянном давлении объем газовой смеси равен сумме объемов компонентов.
3. Количество вещества газовой смеси можно определить по формуле
4. Для газовых смесей мольная и объемная доли компонента - тождественные величины:
5. Газовая смесь может быть охарактеризована средней молярной массой, которая определяется из соотношения:
Если известны мольные доли компонентов смеси и их молярные массы, то среднюю молярную масссу газовой смеси можно вычислить по формуле:
1, 2,…n - соответствующие мольные (или объемные) доли
компонентов.
Средняя молярная масса газовой смеси выполняет те же функции, что и молярная масса индивидуального газа, например, для газовой смеси уравнение Менделеева-Клапейрона запишется в виде:
а относительная плотность газовой смеси, например, по водороду, определится из соотношения:
