Νόμος Avogadro Τι αποτελείται από μονάδες μέτρησης, Πείραμα Avogadro

Το Νόμος του Avogadro Υποθέτει ότι ένας ίσος όγκος όλων των αερίων, στην ίδια θερμοκρασία και πίεση, έχει τον ίδιο αριθμό μορίων. Amadeo Avogadro, Ιταλός φυσικός, πρότεινε το 1811 δύο υποθέσεις: η πρώτη λέει ότι τα άτομα του στοιχειακού αερίων είναι μαζί σε μόρια παρά τις υπάρχουσες ως ξεχωριστά άτομα, όπως ο John Dalton είπε.

Η δεύτερη υπόθεση λέει ότι ίσοι όγκοι αερίων σε σταθερή πίεση και θερμοκρασία έχουν τον ίδιο αριθμό μορίων. Η υπόθεση του Avogadro σχετικά με τον αριθμό των μορίων αερίων δεν έγινε δεκτή μέχρι το 1858, όταν ο ιταλός χημικός Stanislao Cannizaro δημιούργησε ένα λογικό χημικό σύστημα βασισμένο σε αυτό.

Τα παρακάτω μπορούν να εξαχθούν από τον νόμο του Avogadro: για μια δεδομένη μάζα ενός ιδανικού αερίου, ο όγκος και η ποσότητα των μορίων είναι άμεσα αναλογικά εάν η θερμοκρασία και η πίεση είναι σταθερά. Αυτό σημαίνει επίσης ότι ο μοριακός όγκος αερίων που συμπεριφέρονται ιδανικά είναι ο ίδιος για όλους.

Για παράδειγμα, δεδομένου ενός αριθμού μπαλονιών, με την ένδειξη Α έως Ζ, γεμίζουν όλα μέχρι να φουσκωθούν σε όγκο 5 λίτρων. Κάθε γράμμα αντιστοιχεί σε διαφορετικό αέριο είδος. δηλαδή τα μόρια του έχουν τα δικά τους χαρακτηριστικά. Ο νόμος του Avogadro επιβεβαιώνει ότι όλα τα μπαλόνια καταθέτουν την ίδια ποσότητα μορίων.

Αν τώρα τα μπαλόνια διογκωθούν στα 10 λίτρα, σύμφωνα με την υπόθεση του Avogadro θα εισαχθεί δύο φορές το ποσό των αρχικών αερίων.

Ευρετήριο

• 1 Από τι αποτελείται και μονάδες μέτρησης
  • 1.1 Αφαίρεση της τιμής του R όταν εκφράζεται σε L · atm / K · mol
• 2 Συνήθης μορφή του νόμου του Avogadro
• 3 Συνέπειες και επιπτώσεις
• 4 Προέλευση
  • 4.1 Υπόθεση Avogadro
  • 4.2 Αριθμός Avogadro
• 5 Πείραμα Avogadro
  • 5.1 Πειραματιστείτε με εμπορικά δοχεία
• 6 Παραδείγματα
  • 6.1 Ο2 + 2Η2 => 2Η2Ο
  • 6,2 Ν2 + 3Η2 => 2ΝΗ3
  • 6.3 Ν2 + Ο2 => 2ΝΟ
• 7 Αναφορές

Από τι αποτελείται και μονάδες μέτρησης

Ο νόμος του Avogadro δηλώνει ότι, για μια μάζα ενός ιδανικού αερίου, ο όγκος του αερίου και ο αριθμός των κιλών είναι άμεσα αναλογικοί εάν η θερμοκρασία και η πίεση είναι σταθερές. Μαθηματικά μπορεί να εκφραστεί με την ακόλουθη εξίσωση:

V / n = K

V = όγκος αερίου, που συνήθως εκφράζεται σε λίτρα.

n = ποσότητα της ουσίας που μετράται σε γραμμομόρια.

Επίσης, ο λεγόμενος νόμος των ιδανικών αερίων έχει τα εξής:

PV = nRT

P = πίεση αερίου συνήθως εκφράζεται σε ατμόσφαιρες (atm), σε mm υδραργύρου (mmHg) ή σε Pascal (Pa).

V = ο όγκος του αερίου που εκφράζεται σε λίτρα (L).

n = αριθμός γραμμομορίων.

T = η θερμοκρασία του αερίου που εκφράζεται σε βαθμούς Κελσίου, σε βαθμούς Φαρενάιτ ή σε βαθμούς Kelvin (0 ° C ισοδυναμεί με 273,15 K).

R = η γενική σταθερά των ιδανικών αερίων, η οποία μπορεί να εκφραστεί σε διάφορες μονάδες, μεταξύ των οποίων ξεχωρίζουν τα εξής: 0,08205 L · atm / Kmol (L · atm K^-1.mol^-1) · 8.314 J / Kmol (J.K.^-1.mol^-1) (J είναι joule). και 1.987 cal / Kmol (cal.K^-1.mol^-1) (ο ασβέστης είναι θερμίδες).

Αφαίρεση της τιμής του R όταν εκφράζεται σε L· Atm / K· Mol

Ο όγκος που καταλαμβάνει ένα γραμμάριο αέριο σε ατμόσφαιρα πίεσης και 0 ° C ισοδύναμο με 273K είναι 22,414 λίτρα.

R = PV / Τ

R = 1 atm x 22,414 (L / mol) / (273 Κ)

R = 0,082 L · atm / mol.K

Η εξίσωση των ιδανικών αερίων (PV = nRT) μπορεί να γραφεί ως εξής:

V / n = RT / P

Υποθέτοντας ότι η θερμοκρασία και η πίεση είναι σταθερές, επειδή R είναι μια σταθερά, τότε:

RT / P = K

Στη συνέχεια:

V / n = K

Αυτό είναι συνέπεια του νόμου του Avogadro: η ύπαρξη μίας σταθερής σχέσης μεταξύ του όγκου που καταλαμβάνεται από ένα ιδανικό αέριο και του αριθμού των γραμμομορίων αυτού του αερίου, για μια σταθερή θερμοκρασία και πίεση.

Τυπική μορφή του νόμου του Avogadro

Αν έχετε δύο αέρια, τότε η παραπάνω εξίσωση μετασχηματίζεται στα εξής:

V₁/ n₁= V₂/ n₂

Αυτή η έκφραση γράφεται επίσης ως:

V₁/ V₂= n₁/ n₂

Τα παραπάνω δείχνουν την αναφερόμενη σχέση αναλογικότητας.

Στην υπόθεσή του, ο Avogadro επεσήμανε ότι δύο ιδανικά αέρια στον ίδιο όγκο και στην ίδια θερμοκρασία και πίεση περιέχουν την ίδια ποσότητα μορίων.

Κατά συνέπεια, το ίδιο συμβαίνει και με τα πραγματικά αέρια. για παράδειγμα, ίσο όγκο Ο₂ και Ν₂ Περιέχει τον ίδιο αριθμό μορίων όταν βρίσκεται στην ίδια θερμοκρασία και πίεση.

Τα πραγματικά αέρια παρουσιάζουν μικρές αποκλίσεις από την ιδανική συμπεριφορά. Ωστόσο, ο νόμος του Avogadro ισχύει περίπου για πραγματικά αέρια με επαρκώς χαμηλή πίεση και σε υψηλές θερμοκρασίες.

Συνέπειες και επιπτώσεις

Η πιο σημαντική συνέπεια του νόμου του Avogadro είναι ότι η σταθερή τιμή R για τα ιδανικά αέρια έχει την ίδια τιμή για όλα τα αέρια.

R = PV / nT

Έτσι, εάν το R είναι σταθερό για δύο αέρια:

P₁V₁/ νΤ₁= Ρ₂V₂/ n₂Τ₂ = σταθερή

Τα επιθήματα 1 και 2 αντιπροσωπεύουν δύο διαφορετικά ιδανικά αέρια. Το συμπέρασμα είναι ότι η σταθερά των ιδανικών αερίων για 1 γραμμομόριο ενός αερίου είναι ανεξάρτητη από τη φύση του αερίου. Στη συνέχεια, ο όγκος που καταλαμβάνει αυτή η ποσότητα αερίου σε δεδομένη θερμοκρασία και πίεση θα είναι πάντα ο ίδιος.

Μια συνέπεια της εφαρμογής του νόμου του Avogadro είναι η διαπίστωση ότι 1 γραμμομόριο ενός αερίου καταλαμβάνει όγκο 22.414 λίτρων σε πίεση 1 ατμόσφαιρας και σε θερμοκρασία 0 ° C (273 K).

Μια άλλη προφανής συνέπεια είναι η ακόλουθη: εάν η πίεση και η θερμοκρασία είναι σταθερές, όταν η ποσότητα ενός αερίου αυξάνεται, ο όγκος του θα αυξηθεί επίσης.

Προέλευση

Το 1811, ο Avogadro παρουσίασε την υπόθεσή του με βάση την ατομική θεωρία του Dalton και το νόμο του Gay-Lussac για τους φορείς κίνησης μορίων.

Ο Gay-Lussac κατέληξε το 1809 στο συμπέρασμα ότι "τα αέρια, ανεξάρτητα από τις αναλογίες στις οποίες μπορούν να συνδυαστούν, πάντα δημιουργούν ενώσεις των οποίων τα στοιχεία που μετριούνται στον όγκο είναι πάντα πολλαπλάσια ενός άλλου".

Ο ίδιος συγγραφέας έδειξε επίσης ότι "οι συνδυασμοί αερίων πραγματοποιούνται πάντοτε σύμφωνα με πολύ απλές σχέσεις σε όγκο".

Η Avogadro σημείωσε ότι οι χημικές αντιδράσεις αερίου φάσης περιλαμβάνουν μοριακά είδη αμφότερων των αντιδραστηρίων και του προϊόντος.

Σύμφωνα με αυτή τη δήλωση, η σχέση μεταξύ των μορίων των αντιδραστηρίων και των προϊόντων πρέπει να αντιμετωπίζεται ως ένας ακέραιος αριθμός, δεδομένου ότι η ύπαρξη θραύσης των δεσμών πριν από την αντίδραση (μεμονωμένα άτομα) δεν είναι πιθανή. Ωστόσο, οι μοριακές ποσότητες μπορούν να εκφραστούν με κλασματικές τιμές.

Από την πλευρά του, ο νόμος των συνδυασμών τόμων αναφέρει ότι η αριθμητική σχέση μεταξύ αερίων όγκων είναι επίσης απλή και πλήρης. Αυτό οδηγεί σε μια άμεση συσχέτιση μεταξύ των όγκων και του αριθμού των μορίων των αερίων ειδών.

Υπόθεση Avogadro

Ο Avogadro πρότεινε τα μόρια των αερίων να είναι διατομικά. Αυτό εξηγεί πώς δύο όγκοι μοριακού υδρογόνου συνδυάζονται με έναν όγκο μοριακού οξυγόνου για να δώσουν δύο όγκους νερού.

Επιπλέον, ο Avogadro πρότεινε ότι εάν οι ίσοι όγκοι αερίων περιέχουν τον ίδιο αριθμό σωματιδίων, η σχέση μεταξύ των πυκνοτήτων των αερίων πρέπει να είναι ίση με την αναλογία μεταξύ των μοριακών μαζών αυτών των σωματιδίων.

Προφανώς, η διαίρεση του d1 μεταξύ d2 προκαλεί το πηλίκο m1 / m2, καθώς ο όγκος που καταλαμβάνεται από τις αέριες μάζες είναι ο ίδιος και για τα δύο είδη και ακυρώνεται:

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

d1 / d2 = m1 / m2

Ο αριθμός του Avogadro

Ένα γραμμομόριο περιέχει 6.022 x 10²³ μορίων ή ατόμων. Ο αριθμός αυτός ονομάζεται αριθμός Avogadro, αν και δεν ήταν αυτός που το υπολογίζει. Ο Jean Pierre, το βραβείο Νόμπελ του 1926, έκανε τις αντίστοιχες μετρήσεις και πρότεινε το όνομα προς τιμή του Avogadro.

Το πείραμα Avogadro

Μια απλή επίδειξη του νόμου του Avogadro είναι να τοποθετήσετε ένα μπουκάλι από γυαλί οξικού οξέος και στη συνέχεια προσθέστε όξινο ανθρακικό νάτριο, κλείνοντας το στόμιο της φιάλης με ένα μπαλόνι που αποτρέπει την είσοδο ή έξοδο ενός αερίου στο εσωτερικό της φιάλης.

Το οξικό οξύ αντιδρά με διττανθρακικό νάτριο, παράγοντας έτσι την απελευθέρωση του CO₂. Το αέριο συσσωρεύεται στο μπαλόνι προκαλώντας τον πληθωρισμό του. Θεωρητικά, ο όγκος που επιτυγχάνεται από το μπαλόνι είναι ανάλογος προς τον αριθμό των μορίων CO₂, όπως προτείνεται από τον νόμο του Avogadro.

Ωστόσο, αυτό το πείραμα έχει έναν περιορισμό: το μπαλόνι είναι ένα ελαστικό σώμα. επομένως, όταν ο τοίχος σας διαστέλλεται από τη συσσώρευση CO₂, δημιουργεί σε αυτό μια δύναμη που αντιτίθεται στη χαλάρωσή της και προσπαθεί να μειώσει τον όγκο του πλανήτη.

Πειραματιστείτε με εμπορικά δοχεία

Ένα άλλο ενδεικτικό πείραμα του νόμου του Avogadro παρουσιάζεται με τη χρήση δοχείων σόδα και πλαστικών φιαλών.

Στην περίπτωση των κονσερβών σόδα, το όξινο ανθρακικό νάτριο χύνεται μέσα και στη συνέχεια προστίθεται ένα διάλυμα κιτρικού οξέος. Οι ενώσεις αντιδρούν μεταξύ τους παράγοντας την απελευθέρωση αερίου CO₂, που συσσωρεύεται μέσα στο κουτί.

Κατόπιν προστίθεται ένα συμπυκνωμένο διάλυμα υδροξειδίου του νατρίου, το οποίο έχει τη λειτουργία της «απομόνωσης» του CO₂. Στη συνέχεια, η πρόσβαση στο εσωτερικό του δοχείου κλείνει γρήγορα με τη χρήση κολλητικής ταινίας.

Μετά από κάποιο χρονικό διάστημα παρατηρείται ότι το δοχείο μπορεί να συρρικνωθεί, υποδεικνύοντας ότι η παρουσία CO μειώθηκε₂. Στη συνέχεια, θα μπορούσε να θεωρηθεί ότι υπάρχει μια μείωση στον όγκο του δοχείου που αντιστοιχεί σε μια μείωση του αριθμού των μορίων CO₂, σύμφωνα με τον νόμο του Avogadro.

Στο πείραμα με τη φιάλη ακολουθείται η ίδια διαδικασία όπως και με το δοχείο σόδας και όταν προστίθεται το NaOH το στόμιο της φιάλης κλείνει με το καπάκι. επίσης, παρατηρείται συστολή του τοιχώματος της φιάλης. Ως αποτέλεσμα, η ίδια ανάλυση μπορεί να γίνει όπως στην περίπτωση του δοχείου σόδα.

Παραδείγματα

Οι τρεις κατώτερες εικόνες απεικονίζουν την έννοια του νόμου Avogadro σχετικά με τον όγκο που καταλαμβάνουν τα αέρια και τον αριθμό των μορίων και προϊόντων αντιδραστηρίου.

Ο₂ + 2Η₂ => 2Η₂Ο

Ο όγκος του αερίου υδρογόνου είναι διπλός, αλλά καταλαμβάνει ένα δοχείο το ίδιο μέγεθος με αυτό του αερίου οξυγόνου.

Ν₂ + 3Η₂ => 2ΝΗ₃

Ν₂ + Ο₂ => 2NO

Αναφορές

1. Bernard Fernandez, PhD. (Φεβρουάριος 2009). Δύο υποθέσεις του Avogadro (1811). [PDF] Λαμβάνεται από: bibnum.education.fr
2. Nuria Martínez Medina. (5 Ιουλίου 2012). Avogadro, ο μεγάλος Ιταλός επιστήμονας του δέκατου ένατου αιώνα. Από: rtve.es
3. Muñoz R. και Bertomeu Sánchez J.R. (2003) Η ιστορία της επιστήμης στα σχολικά εγχειρίδια: Η υπόθεση (s) του Avogadro, Διδασκαλία της επιστήμης, 21 (1), 147-161.
4. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (1η Φεβρουαρίου 2018). Τι είναι ο νόμος του Avogadro; Από: thoughtco.com
5. Οι συντάκτες της Εγκυκλοπαίδειας Britannica. (26 Οκτωβρίου 2016). Νόμος του Avogadro. Encyclopædia Britannica. Λήψη από: britannica.com
6. Yang, S.P. (2002). Οικιακά προϊόντα που χρησιμοποιούνται για να κλείσουν το δοχείο και να επιδείξουν τον νόμο του Avogadro. Εκπαιδευτής Chem. Vol: 7, σελίδες: 37-39.
7. Glasstone, S. (1968). Συνθήκη Φυσικής Χημείας. 2^da Edic. Σύνταξη Aguilar.