Avogadros lov: Hva den består av, måleenheter, Avogadros eksperiment

Avogadro loven postulerer at et like stort volum av alle gasser, ved samme temperatur og trykk, har samme antall molekyler. Amadeo Avogadro, italiensk fysiker, foreslo i 1811 to hypoteser: Den første sier at atomer av elementgassene er sammen i molekylene i stedet for å eksistere som separate atomer, som John Dalton sa.

Den andre hypotesen sier at like store mengder gasser ved konstant trykk og temperatur har samme antall molekyler. Avogadros hypotese relatert til antall gassmolekyler ble ikke akseptert før 1858, da den italienske kjemikeren Stanislao Cannizaro bygde et logisk system av kjemi basert på den.

Følgende kan utledes av Avogadros lov: For en gitt masse av en ideell gass, er volumet og mengden av molekyler direkte proporsjonale dersom temperatur og trykk er konstant. Dette innebærer også at det molære volumet av gasser som oppfører seg ideelt, er det samme for alle.

For eksempel, gitt en rekke ballonger, merket A til Z, fylles de alle til de blåses opp til et volum på 5 liter. Hvert brev tilsvarer en annen gassformig art; det vil si at dets molekyler har sine egne egenskaper. Avogadros lov bekrefter at alle glober gir samme mengde molekyler.

Hvis nå ballongene er oppblåst til 10 liter, vil det ifølge hypotese av Avogadro introduseres to ganger mengden av innledende gassmol.

Hva det består av og måleenheter

Avogadros lov sier at for en masse av en ideell gass er gassvolumet og antall mol direkte proporsjonale dersom temperatur og trykk er konstant. Matematisk kan det uttrykkes med følgende ligning:

V / n = K

V = volum gass, vanligvis uttrykt i liter.

n = mengde av stoffet målt i mol.

Også den såkalte loven om ideelle gasser har følgende:

PV = nRT

P = gasstrykket uttrykkes vanligvis i atmosfæren (atm), i mm kvikksølv (mmHg) eller i Pascal (Pa).

V = volumet av gassen uttrykt i liter (L).

n = antall mol.

T = temperaturen på gassen uttrykt i grader Celsius, grader Fahrenheit eller i grader Kelvin (0 ºC tilsvarer 273, 15 K).

R = universell konstant for ideelle gasser, som kan uttrykkes i flere enheter, blant hvilke følgende skiller seg ut: 0, 08205 L · atm / K.mol (L · atm K-1.mol-1); 8, 314 J / K.mol (JK-1mol-1) (J er joule); og 1987 cal / Kmol (cal.K-1.mol-1) (lime er kalorier).

Fradrag av verdien av R når uttrykt i L · atm / K · mol

Volumet okkupert med en mol gass i en atmosfære av trykk og 0 ° C tilsvarende 273K er 22, 414 liter.

R = PV / T

R = 1 atm x 22.414 (L / mol) / (273 ºK)

R = 0, 082 L · atm / mol.K

Ligningen av ideelle gasser (PV = nRT) kan skrives som følger:

V / n = RT / P

Forutsatt at temperaturen og trykket er konstant, fordi R er en konstant, så:

RT / P = K

deretter:

V / n = K

Dette er en følge av Avogadros lov: Eksistensen av et konstant forhold mellom volumet okkupert av en ideell gass og antall mol av den gassen, for konstant temperatur og trykk.

Typisk form for Avogadros lov

Hvis du har to gasser, forvandler ovennevnte ligning til følgende:

V ₁ / n ₁ = V ₂ / n ₂

Dette uttrykket er også skrevet som:

V ₁ / V ₂ = n ₁ / n ₂

Ovennevnte viser forholdet mellom proporsjonalitet angitt.

I sin hypotese påpekte Avogadro at to ideelle gasser i samme volum og ved samme temperatur og trykk inneholder like mange molekyler.

I forlengelse skjer det samme med ekte gasser; for eksempel inneholder et like stort volum av O ₂ og N ₂ det samme antall molekyler når det er ved samme temperatur og trykk.

Reelle gasser viser små avvik fra ideell oppførsel. Avogadros lov er imidlertid omtrent gyldig for ekte gasser ved tilstrekkelig lavt trykk og ved høye temperaturer.

Konsekvenser og implikasjoner

Den viktigste konsekvensen av Avogadros lov er at den konstante R for ideelle gasser har samme verdi for alle gasser.

R = PV / nT

Så, hvis R er konstant for to gasser:

P ₁ V ₁ / nT ₁ = P ₂ V ₂ / n ₂ T ₂ = konstant

Suksessene 1 og 2 representerer to forskjellige ideelle gasser. Konklusjonen er at konstanten av de ideelle gassene for 1 mol gass er uavhengig av gassens natur. Da vil volumet opptatt av denne mengden gass ved en gitt temperatur og trykk alltid være det samme.

En konsekvens av anvendelsen av Avogadros lov er funnet at 1 mol gass inntar et volum på 22, 414 liter ved et trykk på 1 atmosfære og ved en temperatur på 0 ° C (273K).

En annen åpenbar konsekvens er følgende: Hvis trykket og temperaturen er konstant, når mengden av en gass øker, vil volumet også øke.

begynner

I 1811 presenterte Avogadro sin hypotese basert på Daltons atomteori og Gay-Lussacs lov om molekylers bevegelsesvektorer.

Gay-Lussac konkluderte i 1809 at "gasser, uansett proporsjonene der de kan kombineres, gir alltid opphav til forbindelser hvis elementer målt i volum er alltid multipler av en annen."

Samme forfatter viste også at "kombinasjoner av gasser alltid foregår i henhold til svært enkle forhold i volum".

Avogadro påpekte at gassfase kjemiske reaksjoner involverer molekylære arter av både reaktanter og produkter.

I følge denne uttalelsen må forholdet mellom molekylene av reaktanter og produkter behandles som et helt tall, da eksistensen av brudd av bindinger før reaksjonen (enkelte atomer) ikke er sannsynlig. Imidlertid kan de molære mengder uttrykkes med fraksjonelle verdier.

For sin del sier loven i kombinasjonsvolumer at det numeriske forholdet mellom gassformige volumer også er enkelt og komplett. Dette resulterer i en direkte tilknytning mellom volumene og antall molekyler av gassformige arter.

Avogadro-hypotesen

Avogadro foreslo at gassens molekyler var diatomiske. Dette forklarte hvordan to volumer molekylært hydrogen kombinerer med et volum molekylært oksygen for å gi to volumer vann.

I tillegg foreslår Avogadro at hvis like mengder gasser inneholdt det samme antall partikler, bør forholdet mellom gassens tettheter være lik forholdet mellom molekylmassene av disse partiklene.

Åpenbart deler divisjon d1 mellom d2 kvoten m1 / m2, siden volumet som okkupert av gassformene er det samme for begge artene og avbrutt:

d1 / d2 = (m1 / V) / (m2 / V)

d1 / d2 = m1 / m2

Avogadros nummer

En mol inneholder 6, 022 x 1023 molekyler eller atomer. Denne figuren kalles Avogadros nummer, selv om han ikke var den som beregnet det. Jean Pierre, Nobelprisen 1926, gjorde de tilsvarende målingene og foreslo navnet til ære for Avogadro.

Avogadro-eksperiment

En veldig enkel demonstrasjon av Avogadros lov er å plassere eddiksyre i en glassflaske og deretter tilsett natriumbikarbonat, lukke flaskenes munn med en ballong som forhindrer innføring eller utgang av en gass inne i flasken .

Eddiksyre reagerer med natriumbikarbonat, og derved produseres frigjøringen av CO ₂ . Gassen samler seg i ballongen og forårsaker inflasjonen. Teoretisk sett er volumet som nås av ballongen, proporsjonalt med antall CO ₂ -molekyler, som foreslått av Avogadros lov.

Dette forsøket har imidlertid en begrensning: ballongen er en elastisk kropp; Derfor, når veggen er distansert av opphopning av CO ₂, genereres en kraft som motvirker dens spenning og forsøker å redusere ballongvolumet.

Eksperiment med kommersielle containere

Et annet illustrativt eksperiment av Avogadros lov er presentert med bruk av sodavann og plastflasker.

Når det gjelder sodavann, helles natriumbikarbonat inne og en oppløsning av sitronsyre blir deretter tilsatt. Forbindelsene reagerer med hverandre som produserer frigjøringen av C02-gass, som akkumuleres inne i boksen.

Deretter tilsettes en konsentrert løsning av natriumhydroksyd, som har funksjonen "sekvestrerende" CO ₂ . Så lukkes tilgangen til det indre av boksen raskt ved bruk av tape.

Etter en viss tid er det observert at kanen kontrakter, noe som indikerer at tilstedeværelsen av CO ₂ har gått ned. Da kan det antas at det er en reduksjon i volumet av boksen som tilsvarer en reduksjon i antall CO ₂ -molekyler, i henhold til Avogadros lov.

I forsøket med flasken følges samme prosedyre som med kanen av brus, og når man tilsetter NaOH, lukkes flaskeåpningen med lokket; Dessuten observeres en sammentrekning av flaskens vegg. Som et resultat kan den samme analysen utføres som i tilfelle av bruskassen.