В хімічних процесах об’єм реакційної суміші, на відміну від її маси, може змінюватися. Це відбувається, якщо в хімічній реакції реагують і/або утворюються газоподібні реагенти і/або продукти.

Об’єм газу при постійних фізичних умовах (T, P) пропорційний масі газу

Тобто, в хімічних розрахунках масу газів можна замінити їх об’ємами.

Приклад. Знайти об’єм кисню, який прореагує з 22,4 дм³ водню. Нормальні умови (0*С, 101325 Па).

1. Запишемо рівняння хімічної реакції: 2H₂ + O₂ = 2H₂O;
2. Розрахуємо об’єм кисню: V(O₂) = V(H₂) * (1 моль (O₂) * V_M) / (2 моль (H₂) * V_M) = 22,4 * (1*22,4) / (2*22,4) = 11,2 дм³

Об’ємні співвідношення в хімічних реакціях між газами визначає закон об’ємних відношень, який був встановлений дослідним шляхом французьким ученим Жозеф-Луі Гей-Люссаком (1808):

В хімічних реакціях об’єми газоподібних речовин (реагентів і продуктів) відносяться між собою як невеликі цілі числа

Приклад.

1. Одна об’ємна частка водню і така ж об’ємна частина хлору утворюють дві об’ємні частки гідроген хлориду: 

H₂ + Cl₂ → HCl + HCl

2. Дві об’ємні частки сульфур діоксиду та одна об’ємна частка кисню утворюють дві об’ємні частки сульфур триоксиду:

 SO₂ + SO₂ + O₂ → SO₃ + SO₃

У кожній реакції одиничний об’єм будь-якого газу один і той же, а сама реакція протікає при постійному тиску і температурі.

Хімічний газовий закон Гей-Люссака не уточнює, у вигляді яких частинок (атомів або молекул) беруть участь одноелементні гази в реакціях. У той час вважалося, що гази складаються з атомів, а скільки розміри атомів різних газів неоднакові, то й число атомів в рівних об’ємах різних газів має бути різним; це суперечило експериментальним спостереженнями Гей-Люссака. Надалі, це протиріччя було знято, оскільки виявилося, що багато газів (водень, кисень, хлор та ін.) Складаються з двохатомних молекул.

Основним газовим законом є закон Авогадро, відкритий як гіпотеза італійським фізиком і хіміком Амедео Авогадро:

В рівних об’ємах різних газів за однакових умов (T, P) міститься однакове число молекул

Саме Авогадро своїми дослідженнями заклав основи молекулярної теорії і ввів у науку уявлення про молекули як про більш складні частинки, ніж атоми. Закон Авогадро пояснює прості об’ємні відношення між реагуючими газами та газами що утворюються, встановлені раніше Гей-Люссаком.

Число молекул в 1 см³ при 101325 Па (1 атм) і 0*С першим визначив Лошмідт, тим самим підтвердив закон Авогадро.

Виходячи зі своєї гіпотези, Авогадро розробив спосіб визначення молярної маси M невідомого газу B (або пари) з виміряної відносної щільності d цього газу по іншому (відомому) газу A:

M(B) = d_AM(A); P, T = const

Найбільш часто використовують відносну щільність газу за воднем d_H2:

M(B) = 2,016 * d_H2 г./моль

Відносну щільність газу за воднем визначають експериментально.

Закон Бойля-Маріотта: при сталій температурі об’єм газу зворотно пропорційний його тиску

V₂ / V₁ = P₁ / P₂; T = const

Закон Гей-Люссака-Шарля: при сталому тиску об’єм газу прямо пропорційний абсолютній температурі

V₂ / V₁ = T₂ / T₁; p = const

або при сталому об’єму тиск газу прямо пропорційний абсолютній температурі

P₂ / P₁ = T₂ / T₁; V = const

Об’єднаний газовий закон:

P₁V₁ / T₁ = P₂V₂ / T₂

Стан ідеального газу визначають три параметри – тиск, температура і об’єм. Всі вони зв’язані між собою – рівняння Клапейрона-Менделєєва:

PV = nRT

де R – газова стала, яка дорівнює 8,314 Дж/моль*К.

При змішуванні різних газів утворюються однорідні суміші.

Загальний тиск газів за закон Дальтона дорівнює сумі парціальних тисків всіх газів, які складають суміш:

Р = P₁ + P₂ + … + P_і

Парціальний тиск газу – це тиск, який створював би газ, якби він займав об’єм суміші.

---