ЗАКОН АВОГАДРО: ОДИНИЦІ ВИМІРЮВАННЯ ТА ЕКСПЕРИМЕНТУ - ХІМІЯ - 2025

Закон Авогадро припустив , що рівний обсяг всіх газів, при в тій же температурі і тиску, має таке ж число молекул. Амадео Авогадро, італійський фізик, запропонував у 1811 р. Дві гіпотези: перша говорить про те, що атоми стихійних газів знаходяться разом у молекулах, а не існують як окремі атоми, як сказав Джон Далтон.

Друга гіпотеза говорить, що рівні обсяги газів при постійному тиску і температурі мають однакову кількість молекул. Гіпотеза Авогадро щодо кількості молекул у газах була прийнята до 1858 року, коли італійський хімік Станіслао Каннізаро побудував на її основі логічну систему хімії.

З закону Авогадро можна вивести наступне: для даної маси ідеального газу його об'єм та кількість молекул прямо пропорційні, якщо температура та тиск постійні. Це також означає, що молярний об'єм газів, що ідеально поводяться, є однаковим для всіх.

Наприклад, з урахуванням кількості повітряних куль з маркуванням від A до Z всі вони заповнюються до тих пір, поки їх не надують до об'єму 5 літрів. Кожна літера відповідає різному газоподібному виду; тобто його молекули мають свої особливості. Закон Авогадро зазначає, що всі повітряні кулі містять однакову кількість молекул.

Якщо повітряні кулі зараз надути до 10 літрів, згідно з гіпотезами Авогадро, буде введено вдвічі більше початкових газоподібних молей.

З чого він складається і одиниці вимірювання

Закон Авогадро зазначає, що для маси ідеального газу об’єм газу та кількість молей прямо пропорційні, якщо температура та тиск постійні. Математично це можна виразити наступним рівнянням:

V / n = K

V = об'єм газу, як правило, виражений у літрах.

n = кількість речовини, виміряне в молях.

Також із так званого закону про ідеальний газ ми маємо наступне:

PV = nRT

Р = тиск газу, як правило, виражається в атмосфері (атм), в мм ртуті (мм рт.ст.) або в Паскалі (Па).

V = об'єм газу, виражений у літрах (л).

n = кількість молей.

T = температура газу, виражена в градусах Цельсія, градусах Фаренгейта або градусах Кельвіна (0 ºC дорівнює 273,15 К).

R = універсальна константа ідеальних газів, яку можна виразити в різних одиницях, серед яких виділяються такі: 0,08205 L · атм / K.mol (L · atm K ^-1 .mol ^-1 ); 8,314 Дж / К. моль (JK ^-1 .моль ^-1 ) (J - джоуль); та ¹ 987 кал / кммоль (кал.К ^-1 .моль ^-1 ) (кал - калорії).

Вирахування значення R при вираженні L

Об'єм, який займає моль газу в атмосфері тиску і 0 ºC, еквівалентний 273K, становить 22,414 л.

R = PV / T

R = 1 атм х 22,414 (л / моль) / (273 ºК)

R = 0,082 л атм / мол.К.

Рівняння ідеального газу (PV = nRT) можна записати так:

V / n = RT / P

Якщо вважати, що температура і тиск є постійними, оскільки R є постійною, то:

RT / P = K

Тоді:

V / n = K

Це наслідок закону Авогадро: існування постійної залежності між об'ємом, який займає ідеальний газ, та кількістю молей цього газу, для постійної температури та тиску.

Звичайна форма закону Авогадро

Якщо у вас два гази, то попереднє рівняння стає таким:

V ₁ / n ₁ = V ₂ / n ₂

Цей вираз записується також як:

V ₁ / V ₂ = n ₁ / n ₂

Сказане показує вказане співвідношення пропорційності.

У своїй гіпотезі Авогадро вказував, що два ідеальні гази в одному обсязі та при одній температурі та тиску містять однакову кількість молекул.

За розширенням те саме стосується і реальних газів; наприклад, рівний об'єм O ₂ і N ₂ містить однакову кількість молекул, коли він знаходиться при однаковій температурі і тиску.

Реальні гази показують невеликі відхилення від ідеальної поведінки. Однак закон Авогадро приблизно справедливий для реальних газів при досить низькому тиску та при високій температурі.

Наслідки та наслідки

Найбільш істотним наслідком закону Авогадро є те, що константа R для ідеальних газів має однакове значення для всіх газів.

R = PV / nT

Отже, якщо R постійний для двох газів:

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

Суфікси 1 і 2 являють собою два різних ідеальних газів. Висновок полягає в тому, що ідеальна константа газу на 1 моль газу не залежить від природи газу. Тоді обсяг, зайнятий цією кількістю газу при заданій температурі і тиску, завжди буде однаковим.

Наслідком застосування закону Авогадро є висновок, що 1 моль газу займає об’єм 22,414 літрів при тиску 1 атмосфери та при температурі 0 ° С (273К).

Іншим очевидним наслідком є ​​наступне: якщо тиск і температура постійні, при збільшенні кількості газу його об'єм також збільшиться.

витоки

У 1811 році Авогадро висунув свою гіпотезу, засновану на атомній теорії Далтона та законі Гей-Люссака про вектори руху молекул.

У 1809 році Гей-Люссак зробив висновок, що "гази, в яких би пропорціях вони не могли поєднуватися, завжди створюють сполуки, елементи, виміряні в об'ємі, завжди кратні іншому".

Цей же автор також показав, що "комбінації газів завжди відбуваються відповідно до дуже простих співвідношень за обсягом".

Авогадро відзначив, що хімічні реакції газової фази включають молекулярні види як реагентів, так і продукту.

Згідно з цим твердженням, зв'язок між реагентом і молекулами продукту повинен бути цілим числом, оскільки існування розриву зв’язку перед реакцією (окремих атомів) малоймовірне. Однак молярні величини можна виразити у вигляді дробів.

Зі свого боку, закон комбінованих обсягів вказує, що числова залежність між газоподібними об'ємами також проста і ціла. Це призводить до прямої зв'язку між об'ємами та кількістю молекул газоподібних видів.

Гіпотеза Авогадро

Авогадро запропонував, щоб молекули газу були діатомічними. Це пояснило, як два об'єми молекулярного водню поєднуються з одним об'ємом молекулярного кисню, щоб отримати два обсяги води.

Крім того, Авогадро запропонував, що якщо в рівних обсягах газів міститься однакова кількість частинок, відношення щільності газів має бути рівним відношенню молекулярних мас цих частинок.

Очевидно, що ділення d1 на d2 породжує коефіцієнт m1 / м2, оскільки об'єм, зайнятий газоподібними масами, однаковий для обох видів, і він скасовується:

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

d1 / d2 = m1 / м2

Число Авогадро

Один моль містить 6,022 х 10 ²³ молекул або атомів. Ця цифра називається числом Авогадро, хоча він не був тим, хто її обчислював. Жан П'єр, 1926 року лауреат Нобелівської премії, здійснив відповідні вимірювання та запропонував ім'я на честь Авогадро.

Експеримент Авогадро

Дуже проста демонстрація закону Авогадро полягає в тому, щоб помістити оцтову кислоту в скляну пляшку, а потім додати бікарбонат натрію, закрити рот пляшки балоном, який перешкоджає потраплянню або виходу газу зсередини пляшки. .

Оцтова кислота реагує з гідрокарбонатом натрію, вивільняючи таким чином CO ₂ . Газ накопичується в балоні, викликаючи його інфляцію. Теоретично обсяг, досягнутий балоном, пропорційний кількості молекул CO ₂ , як це визначено законом Авогадро.

Однак у цього експерименту є обмеження: повітряна куля - це еластичне тіло; тому, оскільки його стінка розтягується через накопичення СО ₂ , в ній створюється сила, яка протистоїть її розтягуванню і намагається зменшити об’єм повітряної кулі.

Експериментуйте з комерційними контейнерами

Ще один ілюстративний експеримент закону Авогадро представлений із використанням содових банок та пластикових пляшок.

Що стосується содових банок, в неї наливають бікарбонат натрію, після чого додають розчин лимонної кислоти. Сполуки реагують між собою, виробляючи виділення газу ₂ , який накопичується всередині банки.

Згодом додають концентрований розчин гідроксиду натрію, який має функцію "секвестрування" CO ₂ . Потім доступ до внутрішніх приміщень банки швидко закривається за допомогою малярної стрічки.

Через певний час спостерігається, що консерви зменшуються, що свідчить про зменшення присутності CO ₂ . Тоді можна вважати, що відбувається зменшення об’єму банки, що відповідає зменшенню кількості молекул CO ₂ , згідно закону Авогадро.

В експерименті з пляшкою дотримується та сама процедура, що і з содовим балончиком, а коли додається NaOH, рот пляшки закривається кришкою; так само спостерігається скорочення стінки пляшки. Як результат, можна зробити той же аналіз, що і у випадку з содою.

Приклади

Три зображення, наведені нижче, ілюструють концепцію закону Авогадро, що стосується об'єму, який займають гази, та кількості молекул реагентів та продуктів.

АБО

Об'єм водню газу подвійний, але він займає ємність такого ж розміру, що і газоподібний кисень.

N

N

Список літератури

1. Бернар Фернандес, доктор наук. (Лютий 2009 р.). Дві гіпотези Авогадро (1811). . Взято з: bibnum.education.fr
2. Нурія Мартінес Медіна. (5 липня 2012 р.). Авогадро, великий італійський вчений 19 століття. Взято з: rtve.es
3. Муньоз Р. та Бертомеу Санчес Ж.Р. (2003) Історія науки в підручниках: гіпотеза Авогадро, Енсеньянса де лас Сієнчас, 21 (1), 147-161.
4. Гельменстін, Анна Марі, к.т.н. (1 лютого 2018 р.). Що таке закон Авогадро? Взято з: thinkco.com
5. Редактори Encyclopeedia Britannica. (2016 р., 26 жовтня). Закон Авогадро. Encyclopædia Britannica. Взято з: britannica.com
6. Ян, СП (2002). Побутові товари, що використовуються для обвалення тісних контейнерів та демонстрації Закону Авогадро. Хім. Вихователь. Випуск: 7, стор .: 37-39.
7. Глазстоун, С. (1968). Трактат з фізичної хімії. 2 ^дає Exp. Редакція Aguilar