Metody oznaczania ciężaru cząsteczkowego gazów oraz ciężarów atomowych

Skoro jednakowe objętości różnych gazów zawierają tę samą liczbę cząsteczek, to stosunek mas jednakowych objętości dwóch gazów równy jest stosunkowi ciężarów cząsteczkowych. Porównując masę jednego litra (czyli gęstość d) gazu o nieznanym ciężarze cząsteczkowym M z gęstością do gazu, którego ciężar cząsteczkowy jest znany (np. wodoru, M0 = 2), można ten nieznany ciężar cząsteczkowy obliczyć z proporcji:

Oznaczanie ciężaru cząsteczkowego substancji w stanie gazowym sprowadza się więc do pomiaru jej gęstości względem gazu o znanym ciężarze cząsteczkowym.

Oczywiste jest, że liczba cząsteczek zawartych w jednej gramo- cząsteczce jakiejkolwiek substancji (lub też liczba atomów w jednym gramoatomie), tzw. liczba Avogadra N, jest jednakowa dla wszystkich substancji. Teoria kinetyczna podaje kilka niezależnych od siebie sposobów obliczenia tej liczby. Za najdokładniejszą wartość liczby Avogadra przyjmuje się obecnie N = 6,023 1023 cząsteczek w jednej gramocząsteczce. Dzieląc ciężary atomowe przez N, można obliczyć masy pojedynczych atomów odpowiednich pierwiastków (§ 11). Z twierdzenia Avogadra wynika, że jedna gramocząsteczka gazu, niezależnie od jego rodzaju, zajmuje w określonych warunkach ciśnienia i tem peratury zawsze tę samą objętość. Dla tzw. warunków normalnych, tzn. 0°C i 760 mm Hg, objętość ta wynosi średnio dla różnych gazów

– 22,4 litra (tzw. normalna objętość molowa gazów). Stosując równanie Clapeyrona (II, 2) do jednej gramocząsteczki dowolnego gazu, nietrudno dowieść, że wartość współczynnika r jest niezależna od natury gazu. Współczynnik ten nosi w tym przypadku nazwę stałej gazowej i jest oznaczany przez R. Z równania (II, 2) wynika, że stała ta wyraża się w jednostkach energii na stopień: