Номер 4, страница 115 - гдз по физике 10 класс учебник Кабардин, Орлов

4. Как разрешил эти трудности Авогадро?

4. Как разрешил эти трудности Авогадро?

В начале XIX века в химии возникли серьезные противоречия, которые мешали её развитию. Основная трудность заключалась в кажущемся несоответствии между атомной теорией Джона Дальтона (1808 г.) и законом объёмных отношений газов Жозефа Луи Гей-Люссака (1808 г.).

Суть проблемы: Гей-Люссак экспериментально установил, что объёмы вступающих в реакцию и образующихся газов (при одинаковых температуре и давлении) относятся друг к другу как простые целые числа. Например, 2 объёма водорода реагируют с 1 объёмом кислорода, образуя 2 объёма водяного пара. Дальтон же, считая атомы неделимыми, не мог объяснить, как из одного "сложного атома" воды (по его версии, HO) может получиться два объёма пара. Его теория предсказывала, что 1 объём водорода + 1 объём кислорода должны давать 1 объём пара, что противоречило опыту.

Итальянский учёный Амедео Авогадро в 1811 году предложил гениальное решение этих трудностей, выдвинув две ключевые гипотезы:

1. Он ввёл чёткое различие между понятиями атома и молекулы. Атом — мельчайшая частица элемента, вступающая в химическое взаимодействие. Молекула — мельчайшая частица вещества (простого или сложного), способная к самостоятельному существованию и сохраняющая его химические свойства.

2. Он предположил, что молекулы простых газообразных веществ (таких как водород, кислород, хлор) могут состоять не из одного, а из двух или более одинаковых атомов (например, $H_2$, $O_2$, $Cl_2$).

На основе этих идей Авогадро сформулировал свой знаменитый закон: «В равных объёмах различных газов при одинаковых температуре и давлении содержится одинаковое число молекул».

Применение этого закона позволило разрешить все противоречия. Вернёмся к реакции образования воды:

Эксперимент: 2 объёма водорода + 1 объём кислорода → 2 объёма водяного пара.

Объяснение Авогадро: Согласно его закону, это означает, что 2N молекул водорода + 1N молекул кислорода → 2N молекул воды. Сократив на N, получаем, что 2 молекулы водорода + 1 молекула кислорода → 2 молекулы воды.

Чтобы это было возможно, каждая молекула кислорода должна разделиться пополам и войти в состав двух молекул воды. Это означает, что молекула кислорода состоит как минимум из двух атомов ($O_2$). Аналогично, чтобы из двух молекул водорода получилось две молекулы воды, каждая молекула водорода также должна состоять из двух атомов ($H_2$). Таким образом, уравнение реакции принимает вид: $2H_2 + O_2 \to 2H_2O$. Это уравнение полностью соответствует и закону сохранения массы (атомов) Дальтона, и закону объёмных отношений Гей-Люссака.

Ответ: Авогадро разрешил трудности, введя фундаментальное различие между атомами и молекулами и предположив, что молекулы элементарных газов могут состоять из нескольких атомов. Он сформулировал закон, согласно которому в равных объёмах газов при одинаковых условиях содержится одинаковое число молекул. Это позволило примирить атомную теорию Дальтона с законом объёмных отношений Гей-Люссака и заложило основы для правильного определения состава молекул и атомных масс элементов.

...количество вещества?

Количество вещества — это физическая величина, которая характеризует число структурных единиц (атомов, молекул, ионов, электронов или любых других частиц) в данном образце вещества. Эта величина, обозначаемая обычно греческой буквой $ \nu $ (ню) или латинской n, является одной из семи основных величин в Международной системе единиц (СИ).

Количество вещества устанавливает прямую связь между массой вещества (макроскопическая характеристика) и числом составляющих его частиц (микроскопическая характеристика). Эта связь осуществляется через молярную массу и постоянную Авогадро.

Ответ: Количество вещества — это физическая величина, пропорциональная числу структурных частиц, из которых состоит вещество.

7. В каких единицах... [измеряется количество вещества?]

В Международной системе единиц (СИ) единицей измерения количества вещества является моль. Русское обозначение — моль, международное — mol.

Согласно современному определению (с 2019 года), один моль содержит ровно $6.02214076 \times 10^{23}$ специфицированных элементарных частиц. Это число является фиксированным значением постоянной Авогадро ($N_A$), выраженной в единицах $моль^{-1}$.

Таким образом, количество вещества ($\text{n}$) можно рассчитать как отношение числа частиц ($\text{N}$) в системе к постоянной Авогадро ($N_A$):

$n = \frac{N}{N_A}$

Ответ: Единицей измерения количества вещества в системе СИ является моль (обозначение: моль, mol).