AVOGADROV ZAKON: MJERNE JEDINICE I EKSPERIMENTI - KEMIJA - 2026

Zakon Avogadro pretpostavili da je jednaki volumen svih plinova, na na istoj temperaturi i tlaku, ima isti broj molekula. Amadeo Avogadro, talijanski fizičar, 1811. predložio je dvije hipoteze: prva kaže da su atomi elementarnih plinova zajedno u molekulama, umjesto da postoje kao zasebni atomi, kao što je rekao John Dalton.

Druga hipoteza kaže da jednake količine plinova pri konstantnom tlaku i temperaturi imaju isti broj molekula. Avogadrova hipoteza koja se odnosi na broj molekula u plinovima prihvaćena je tek 1858. godine, kada je talijanski kemičar Stanislao Cannizaro izgradio logički sustav kemije na temelju nje.

Iz Avogadrovog zakona može se zaključiti sljedeće: za određenu masu idealnog plina, njegov volumen i broj molekula izravno su proporcionalni ako su temperatura i tlak konstantni. To također znači da je molarni volumen plinova koji se idealno ponašaju jednak za sve.

Na primjer, s obzirom na određeni broj balona s oznakom od A do Z svi se pune dok se ne napuhaju do volumena od 5 litara. Svako slovo odgovara različitoj plinovitoj vrsti; to jest, njegove molekule imaju svoje osobine. Avogadrov zakon kaže da svi baloni sadrže isti broj molekula.

Ako se baloni sada napune na 10 litara, prema Avogadrovim hipotezama uvest će se dvostruko veći broj početnih plinovanih molova.

Od čega se sastoje i mjerne jedinice

Avogadrov zakon kaže da su za masa idealnog plina volumen plina i broj mola izravno proporcionalni ako su temperatura i tlak konstantni. Matematički se može izraziti sljedećom jednadžbom:

V / n = K

V = volumen plina, obično izražen u litrama.

n = količina tvari izmjerena u molima.

Također, iz tzv. Zakona o idealnom plinu imamo sljedeće:

PV = nRT

P = tlak plina obično se izražava u atmosferi (atm), u mm žive (mmHg) ili u Pascalu (Pa).

V = volumen plina izražen u litrama (L).

n = broj molova.

T = temperatura plina izražena u stupnjevima Celzijusa, stupnjevima Farenheita ili stupnjevima Kelvina (0 ° C jednak je 273,15 K).

R = univerzalna konstanta idealnih plinova, koja se može izraziti u nekoliko jedinica, među kojima se ističu: 0,08205 L · atm / K.mol (L · atm K ^-1.mol ^-1); 8.314 J / K. mol (JK- ^1, mol- ¹) (J je joule); i 1.987 cal / Kmol (cal.K ^-1 ! mol ^-1) (kal je kalorija).

Odbitak vrijednosti R kada je izražen u L

Volumen koji jedan mol plina zauzima u atmosferi tlaka i 0ºC ekvivalentne 273 K iznosi 22.414 litara.

R = PV / T

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

R = 0,082 L atm / mol.K

Jednadžba idealnog plina (PV = nRT) može se napisati na sljedeći način:

V / n = RT / P

Ako se pretpostavlja da su temperatura i tlak konstantni, jer je R konstanta, tada:

RT / P = K

Zatim:

V / n = K

To je posljedica Avogadrovog zakona: postojanje stalnog odnosa između volumena koji idealni plin zauzima i broja mola tog plina, za stalnu temperaturu i tlak.

Uobičajeni oblik Avogadrovog zakona

Ako imate dva plina, prethodna jednadžba postaje sljedeća:

V ₁ / n ₁ = V ₂ / n ₂

Ovaj izraz je također napisan kao:

V ₁ / V ₂ = n ₁ / n ₂

Naprijed prikazano pokazuje odnos proporcionalnosti.

Avogadro je u svojoj hipotezi istaknuo da dva idealna plina u istom volumenu i pri istoj temperaturi i tlaku sadrže isti broj molekula.

Prošireno, isto vrijedi i za stvarne plinove; na primjer, jednaki volumen O ₂ i N ₂ sadrži isti broj molekula kada je na istoj temperaturi i tlaku.

Pravi plinovi pokazuju mala odstupanja od idealnog ponašanja. Međutim, Avogadrov zakon vrijedi približno za stvarne plinove pri dovoljno niskom tlaku i visokim temperaturama.

Posljedice i posljedice

Najznačajnija posljedica Avogadrovog zakona je da konstanta R za idealne plinove ima jednaku vrijednost za sve plinove.

R = PV / nT

Dakle, ako je R konstantan za dva plina:

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

Sufiksi 1 i 2 predstavljaju dva različita idealna plina. Zaključak je da je konstantna idealna plinova za 1 mol plina neovisna o prirodi plina. Tada će zapremina koju zauzima ova količina plina pri određenoj temperaturi i tlaku uvijek biti ista.

Posljedica primjene Avogadrovog zakona je nalaz da 1 mol plina zauzima volumen od 22.414 litara pri tlaku 1 atmosfere i pri temperaturi od 0 ° C (273 K).

Druga očigledna posljedica je sljedeća: ako su tlak i temperatura konstantni, kada se povećava količina plina, povećava se i njegova zapremina.

podrijetlo

Godine 1811. Avogadro je iznio svoju hipotezu koja se temelji na Daltonovoj atomskoj teoriji i Gay-Lussacovom zakonu o vektorima kretanja molekula.

Gay-Lussac je 1809. zaključio da "plinovi, u kojim god se omjerima mogu kombinirati, uvijek stvaraju spojeve čiji su elementi izmjereni u volumenu uvijek višestruki drugi".

Isti autor je također pokazao da se „kombinacije plinova uvijek odvijaju prema vrlo jednostavnim količinskim odnosima“.

Avogadro je napomenuo da kemijske reakcije plinske faze uključuju molekularne vrste i reaktanata i proizvoda.

Prema ovoj tvrdnji, odnos između reaktanta i molekula proizvoda mora biti cijeli broj, jer postojanje prekida veze prije reakcije (pojedinačni atomi) nije vjerojatno. Međutim, molarne količine mogu se izraziti kao frakcijske vrijednosti.

Sa svoje strane, zakon kombiniranih volumena ukazuje da je brojčani odnos plinovitih volumena također jednostavan i cijeli. To rezultira izravnom povezanošću između volumena i broja molekula plinovitih vrsta.

Avogadro hipoteza

Avogadro je predložio da molekule plina budu dijatomske. Ovo je objasnilo kako se dva volumena molekularnog vodika kombiniraju s jednim volumenom molekularnog kisika da bi se dobila dva volumena vode.

Nadalje, Avogadro je predložio da ako jednake količine plinova sadrže jednak broj čestica, omjer gustoće plinova treba biti jednak omjeru molekulskih masa tih čestica.

Očito, dijeljenje d1 na d2 daje kvocijent m1 / m2, jer je volumen koji zauzimaju plinovite mase isti za obje vrste i poništava:

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

d1 / d2 = m1 / m2

Avogadrov broj

Jedan mol sadrži 6.022 x 10 ²³ molekula ili atoma. Taj se lik naziva Avogadrovim brojem, iako on nije bio taj koji ga je izračunao. Jean Pierre, dobitnik Nobelove nagrade 1926. godine, napravio je odgovarajuća mjerenja i predložio ime u čast Avogadra.

Avogadrov eksperiment

Vrlo jednostavna demonstracija Avogadrovog zakona sastoji se od stavljanja octene kiseline u staklenu bocu, zatim dodavanja natrijevog bikarbonata, zatvaranja usta boce balonom koji sprečava ulazak ili izlaz plina iz boce, Octena kiselina reagira s natrijevim bikarbonatom te tako oslobađa CO ₂. Plin se akumulira u balonu uzrokujući njegovu inflaciju. Teoretski, volumen postignut balonom proporcionalan je broju CO ₂ molekula, kao što je navedeno u Avogadrovom zakonu.

Međutim, ovaj eksperiment ima ograničenje: balon je elastično tijelo; prema tome, kako se njegov zid rasteže zbog nakupljanja CO ₂, u njemu se stvara sila koja se suprotstavlja njegovom istezanju i pokušava smanjiti volumen balona.

Eksperimentirajte s komercijalnim spremnicima

Drugi ilustrativni eksperiment Avogadrovog zakona predstavljen je upotrebom limenki soda i plastičnih boca.

U slučaju limenke s sodom u nju se ulije natrijev bikarbonat, a zatim se dodaje otopina limunske kiseline. Spojevi međusobno reagiraju proizvodeći oslobađanje CO ₂ plina koji se nakuplja unutar limenke.

Zatim se dodaje koncentrirana otopina natrijevog hidroksida koja ima funkciju "odvajanja" CO ₂. Pristup unutrašnjosti limenke brzo se zatvara pomoću traka za maskiranje.

Nakon određenog vremena, opaža se da se limenke smanjuju, što ukazuje da se prisutnost CO ₂ smanjila. Tada bi se moglo pomisliti da postoji smanjenje volumena limenke koja odgovara smanjenju broja molekula CO ₂, prema Avogadrovom zakonu.

U pokusu s bocom slijedi isti postupak kao i s posudom soda, a kad se doda NaOH, usta boce se zatvore poklopcem; isto tako, opaža se kontrakcija stijenke boce. Kao rezultat toga, može se provesti ista analiza kao u slučaju sode.

Primjeri

Tri slike u nastavku ilustriraju koncept Avogadrovog zakona, koji se odnosi na količinu zauzeća plinova i na broj molekula reaktanata i proizvoda.

ILI

Volumen plina vodika dvostruk je, ali zauzima spremnik jednake veličine kao i plinoviti kisik.

N

N

Reference

1. Bernard Fernandez, dr. Sc. (Veljača 2009). Dvije hipoteze Avogadroa (1811)., Preuzeto iz: bibnum.education.fr
2. Nuria Martínez Medina. (5. srpnja 2012.). Avogadro, veliki talijanski znanstvenik 19. stoljeća. Preuzeto iz: rtve.es
3. Muñoz R. i Bertomeu Sánchez JR (2003) Povijest znanosti u udžbenicima: Avogadrova hipoteza, Enseñanza de las Ciencias, 21 (1), 147-161.
4. Helmenstine, Anne Marie, dr. Sc. (1. veljače 2018.). Što je Avogadrov zakon? Preuzeto sa: misao.com
5. Urednici Encyclopaedia Britannica. (2016., 26. listopada). Avogadrov zakon. Encyclopædia Britannica. Preuzeto sa: britannica.com
6. Yang, SP (2002). Proizvodi za kućanstvo koji se koriste za urušavanje zatvorenih spremnika i demonstriraju Avogadrov zakon. Chem. Odgajatelj. Vol.: 7, stranice: 37-39.
7. Glasstone, S. (1968). Traktat o fizikalnoj kemiji. 2 ^daje Exp. Uredništvo Aguilar.