Гипотеза Авогадро

В1808 г. французский ученый Ж. Л. Гей-Люссак (1778-1850) на основе изучения химических реакций газов отрыл еще один фундаментальный закон химии - закон простых объемных отношений.

Гей-Люссак изучал реакции между различными газами, но всегда отношения между объемами реагирующих газов и объемами полученных газообразных продуктов реакции выражались простыми целыми числами. Например, 1 л хлора соединяется с 1 л водорода, образуя 2 л хлороводорода; 2 л водорода соединяются с 1 л кислорода, образуя 2 л водяного пара; при электролитическом разложении воды образуются один объем кислорода и два объема водорода и т.д.

Обобщением этих результатов и явился закон простых объемных отношений, согласно которому объемы вступающих в реакцию газов при одинаковых условиях (температуре и давлении) относятся друг к другу как простые целые числа (рис4.2).

Рис. 4.2. Два объема окиси углерода, соединяясь с одним объемом кислорода,
дают два объема углекислого газа.

Открытие закона простых объемных отношений вызвало споры среди ученых, т.к. многие из них приняли атомистическую гипотезу Дальтона и считали, что в равных объемах различных газов содержится одинаковое число атомов, что никак не могло объяснить новый закон. Подлинный смысл закона объемных отношений выяснился после открытия великого итальянского химика А. Авогадро (1776-1856), который в 1811 г. предположил, что в равных объемах различных газов при одинаковых условиях (температуре и давлении) содержится одинаковое число молекул. Эта гипотеза Авогадро, впоследствии названная законом, основывалась на молекулярных представлениях и означала, что все газы ведут себя в некотором смысле одинаково и что объем газа при заданных условиях не зависит от химической природы газа, а определяется только числом частиц. Измеряя объем, мы можем определить число частиц в газовой фазе. Большая заслуга Авогадро состоит в том, что он смог установить простую связь между наблюдаемой макроскопической величиной (объемом) и микроскопическими свойствами газообразных веществ (числом частиц).

Закон Авогадро ввел в науку представление о молекулах как о мельчайших частицах вещества, причем, представ­ление об атомах как о мельчайших частицах элемента сохранялось. Авогадро особенно подчеркивал, что молекулы простых веществ отнюдь не должны быть тождественны с атомами, а, напротив, они обычно состоят из нескольких атомов данного элемента.

Закон Авогадро позволил сделать вывод о числе атомов в молекулах газов. Анализируя объемные отношения Гей-Люссака и используя свою гипотезу, Авогадро установил, что молекулы простых веществ (водорода, хлора, кислорода, азота) состоят из двух атомов. Это предположение объяснило закон простых объемных отношений Гей-Люссака. Например, при соединении водорода с хлором их молекулы распадаются на атомы, которые образуют молекулы хлороводорода. Но поскольку из одной молекулы водорода и одной молекулы хлора образуются две молекулы хлороводорода, то его объем должен быть равен сумме объемов исходных газов:

Из закона Авогадро вытекает важное следствие: при одинаковых условиях 1 моль любого газа занимает один и тот же объем, в частности, при нормальных условиях этот объем равен 22,4 л. Как это ни странно, но современники Авогадро не признали и не оценили его достижений. Ведущие химики того времени Дальтон и Берцелиус возражали против того, что молекулы простых веществ могут быть двухатомны, поскольку полагали, что молекулы образуются только из разных атомов. Под давлением таких авторитетов гипотеза Авогадро была отвергнута и постепенно забыта вплоть до середины девятнадцатого века, когда основные положения атомно-молекулярного учения получили всеобщее понимание и признание.