5. Атомная теория и закон простых объемных отношений
Итальянский химик Авогадро (1776 - 1856) уже в 1811 г. предположил, что газы, благодаря большой способности делиться и расширяться, являются веществами, находящимися в молекулярном состоянии, так что при взаимном соединении одна молекула одного газа соединяется с одной молекулой другого газа без остатка. Отсюда Авогадро вывел закон: одинаковые объемы газов содержат, при одинаковых условиях (температуры и давления), одинаковое число молекул. Иначе говоря, один литр водорода содержит такое же количество молекул, как и один литр кислорода, один литр аммиака, один литр водяного пара, вообще как литр любого газообразного вещества, при одинаковых условиях (температуры и давления). См. рис. 3.
Экспериментально было установлено, что:
один литр водорода с одним литром хлора всегда дают два литра хлористого водорода,
два литра водорода с одним литром кислорода всегда дают два литра водяного пара,
три литра водорода с одним литром азота всегда дают два литра аммиака
Таблица 1
Таблица элементов
Название русское
Название международное
Химический символ
Атомный вес
Атомное число
Валентность
Азот
Nitrogenium
N
14,008
7
III, V
Алюминий
Aluminium
Al
26,98
13
III
Аргон
Argon
Ar
39,944
18
0
Барий
Barуum
Ba
137,36
56
II
Берилий
Beryllium
Be
9,013
4
II
Бор
Borum
В
10,82
5
III
Бром
Bromum
Br
79,916
35
I, V
Ванадий
Vanadium
V
50,95
23
II, III, V
Висмут
Bismuthum
Bi
209,00
83
III
Водород
Hydrogenium
H
1,008
1
I
Вольфрам
Wolframium
W
183,92
74
IV, VI
Гелий
Helium
He
4,003
2
0
Железо
Ferrum
Fe
55,85
26
II, III
Золото
Aurum
Au
197,0
79
I, III
Иод
Jodum
J
126,91
53
I, V
Иридий
Iridium
Ir
192,2
77
II, III, IV
Кадмий
Cadmium
Cd
112,41
48
II
Калий
Kalium
К
39,10
19
I
Кальций
Calcium
Ca
40,08
20
II
Кислород
Oxygenium
О
16,0000
8
II
Кобальт
Cobaltum
Co
59,84
27
II, III
Кремний
Silicium
Si
28,09
14
IV
Криптон
Kryptonum
Kr
83,80
36
0
Ксенон
Xenon
Xe
131,3
54
0
Литий
Lithium
Li
6,940
3
I
Магний
Magnesium
Mg
24,32
12
II
Марганец
Manganum
Mn
54,94
25
II, III, IV, VI
Медь
Cuprum
Cu
63,54
29
I, II
Молибден
Molybdaenum
Mo
95,95
42
III, IV, VI
Мышьяк
Arsenium
As
74,91
33
III, V
Натрий
Natrium
Na
22,991
11
I
Неон
Neon
Ne
20,183
10
0
Никель
Niccolum
Ni
58,69
28
II, III
Олово
Stannum
Sn
118,70
50
II, IV
Осмий
Osmium
Os
190,2
76
VI, VIII
Палладий
Palladium
Pd
106,7
46
II, III, IV
Платина
Platinum
Pt
195,23
78
II, IV
Радий
Radium
Ra
226,05
88
II
Родий
Rhodium
Rh
102,91
45
II, III, IV
Ртуть
Hydrargyrum
Hg
200,61
80
I, II
Рубидий
Rubidium
Rb
85,48
37
I
Свинец
Plumbum
Pb
207,21
82
II, IV
Селен
Selenium
Se
78,96
34
II, IV, VI
Сера
Sulphur
S
32,066
16
II, IV, VI
Серебро
Argentum
Ag
107,88
47
I
Скандий
Scandium
Sc
44,96
21
III
Стронций
Stroncium
Sr
87,63
38
II
Сурьма
Stibium
Sb
121,76
51
III, V
Тантал
Tantalum
Та
180,95
73
II, III, V
Титан
Titanium
Ti
47,90
22
II, III, IV
Торий
Thorium
Th
232,05
90
IV
Углерод
Carboneum
С
12,011
6
IV
Уран
Uranium
U
238,07
92
IV, VI
Фосфор
Phosphorus
Р
30,975
15
III, V
Фтор
Fluorum
F
19,00
9
I
Хлор
Chlorum
Cl
35,457
17
I, III, V, VII
Хром
Chromium
Cr
52,01
24
II, III, VI
Цезий
Caesium
Cs
132,91
55
I
Церий
Cerium
Ce
140,13
58
III, IV
Цинк
Zincum
Zn
65,38
30
II
Это действительно и для соединений других газов или веществ в газообразном состоянии (закон простых объемных отношений). Уравнения, действительные для одинакового числа молекул, должны быть действительны и для отдельных молекул, так что согласно атомной теории остается в силе, что:
Н2 + Сl2 = 2 HCl
2 Н2 + О2 = 2 Н2О
3 Н2 + N2 = 2 NH3
Рис. 3. Одинаковые объемы разных газов или веществ в газообразном состоянии содержат одинаковое число молекул (при одинаковых температуре и давлении)
Из этого ясно, что из молекулярных уравнений можно определить объемные отношения, так как каждая молекула в молекулярном уравнении обозначает одну объемную единицу вещества в газообразном состоянии. Следовательно, молекулярное уравнение выражает не только весовые, но и объемные отношения соединенных газов или веществ в газообразном состоянии (рис. 4).
Рис. 4. Схема соединения водорода с азотом (три объема водорода и один объем азота дают два объема аммиака)