LEGEA LUI AVOGADRO: UNITĂȚI DE MĂSURĂ ȘI EXPERIMENT - CHIMIE - 2025

Legea lui Avogadro postulează că un volum egal al tuturor gazelor, la aceeași temperatură și presiune, are același număr de molecule. Amadeo Avogadro, fizician italian, a propus două ipoteze în 1811: primul spune că atomii gazelor elementare sunt împreună în molecule în loc să existe ca atomi separați, după cum a spus John Dalton.

A doua ipoteză spune că volume egale de gaze la presiune constantă și temperatură au același număr de molecule. Ipoteza lui Avogadro legată de numărul de molecule din gaze nu a fost acceptată până în 1858, când chimistul italian Stanislao Cannizaro a construit un sistem logic de chimie bazat pe acesta.

Următoarele lucruri pot fi deduse din legea lui Avogadro: pentru o masă dată de un gaz ideal, volumul și numărul de molecule sunt direct proporționale dacă temperatura și presiunea sunt constante. Acest lucru implică, de asemenea, că volumul molar al gazelor care se comportă ideal este același pentru toți.

De exemplu, având în vedere un număr de baloane, etichetate A până la Z, toate sunt umplute până când sunt umflate la un volum de 5 litri. Fiecare literă corespunde unei specii gazoase diferite; adică moleculele sale au propriile caracteristici. Legea lui Avogadro prevede că toate baloanele adăpostesc același număr de molecule.

Dacă baloanele sunt acum umflate la 10 litri, conform ipotezelor lui Avogadro, va fi introdus de două ori numărul de alunițe gazoase inițiale.

Din ce constă și unitățile de măsură

Legea lui Avogadro precizează că, pentru o masă de gaz ideală, volumul gazului și numărul de alunițe sunt direct proporționale dacă temperatura și presiunea sunt constante. Matematic poate fi exprimat cu următoarea ecuație:

V / n = K

V = volumul gazului, exprimat în general în litri.

n = cantitatea de substanță măsurată în alunițe.

De asemenea, din așa-numita lege a gazelor ideale avem următoarele:

PV = nRT

P = presiunea gazului este de obicei exprimată în atmosfere (atm), în mm mercur (mmHg) sau în Pascal (Pa).

V = volumul gazului exprimat în litri (L).

n = numărul de alunițe

T = temperatura gazului exprimată în grade Celsius, grade Fahrenheit sau grade Kelvin (0 ºC este egală cu 273,15 K).

R = constanta universală a gazelor ideale, care poate fi exprimată în diferite unități, dintre care se evidențiază următoarele: 0,08205 L · atm / K.mol (L · atm K ^-1 .mol ^-1 ); 8,314 J / K. mol (JK ^-1 .mol ^-1 ) (J este joule); și 1,987 cal / Kmol (cal.K ^-1 .mol ^-1 ) (cal este calorii).

Deducerea valorii lui R atunci când este exprimată în L

Volumul pe care un mol de gaz îl ocupă într-o atmosferă de presiune și 0 ºC echivalent cu 273K este de 22,414 litri.

R = PV / T

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

R = 0,082 L atm / mol.K

Ecuația ideală a gazului (PV = nRT) poate fi scrisă după cum urmează:

V / n = RT / P

Dacă se presupune că temperatura și presiunea sunt constante, deoarece R este o constantă, atunci:

RT / P = K

Apoi:

V / n = K

Aceasta este o consecință a legii lui Avogadro: existența unei relații constante între volumul pe care îl ocupă un gaz ideal și numărul de aluniți ai acestui gaz, pentru o temperatură și presiune constantă.

Forma obișnuită a legii lui Avogadro

Dacă aveți două gaze, ecuația anterioară devine următoarea:

V ₁ / n ₁ = V ₂ / n ₂

Această expresie este scrisă și ca:

V ₁ / V ₂ = n ₁ / n ₂

Cele de mai sus arată relația de proporționalitate indicată.

În ipoteza sa, Avogadro a subliniat că două gaze ideale în același volum și la aceeași temperatură și presiune conțin același număr de molecule.

Prin extensie, același lucru este valabil și pentru gazele reale; de exemplu, un volum egal de O ₂ și N ₂ conține același număr de molecule , atunci când acesta este la aceeași temperatură și presiune.

Gazele reale prezintă mici abateri de la comportamentul ideal. Cu toate acestea, legea lui Avogadro este aproximativ valabilă pentru gazele reale la presiune suficient de joasă și la temperaturi ridicate.

Consecințe și implicații

Cea mai semnificativă consecință a legii lui Avogadro este că constanta R pentru gazele ideale are aceeași valoare pentru toate gazele.

R = PV / nT

Deci, dacă R este constantă pentru două gaze:

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

Sufixele 1 și 2 reprezintă două gaze ideale diferite. Concluzia este că constanta ideală de gaz pentru 1 mol de gaz este independentă de natura gazului. Atunci volumul ocupat de această cantitate de gaz la o temperatură și presiune dată va fi întotdeauna același.

O consecință a aplicării legii lui Avogadro este constatarea că 1 mol de gaz ocupă un volum de 22,414 litri la o presiune de 1 atmosferă și la o temperatură de 0 ºC (273 K).

O altă consecință evidentă este următoarea: dacă presiunea și temperatura sunt constante, atunci când cantitatea de gaz este crescută volumul său va crește.

originile

În 1811, Avogadro și-a prezentat ipoteza bazată pe teoria atomică a lui Dalton și pe legea lui Gay-Lussac privind vectorii mișcării moleculelor.

Gay-Lussac a concluzionat în 1809 că „gazele, indiferent de proporțiile pe care le pot combina, dau întotdeauna naștere la compuși ale căror elemente măsurate în volum sunt întotdeauna multipli ale altuia”.

Același autor a arătat că „combinațiile de gaze au loc întotdeauna în funcție de relații foarte simple în volum”.

Avogadro a menționat că reacțiile chimice în faza de gaz implică specii moleculare de reactanți și de produs.

Conform acestei afirmații, relația dintre reactantul și moleculele produsului trebuie să fie un număr întreg, deoarece existența ruperii legăturilor înainte de reacție (atomi individuali) este puțin probabilă. Cu toate acestea, cantitățile molare pot fi exprimate sub formă de valori fracționate.

La rândul său, legea volumelor combinate indică faptul că relația numerică dintre volumele gazoase este, de asemenea, simplă și întreagă. Aceasta are ca rezultat o asociere directă între volume și numărul de molecule din speciile gazoase.

Ipoteza Avogadro

Avogadro a propus ca moleculele de gaz să fie diatomice. Acest lucru a explicat modul în care două volume de hidrogen molecular se combină cu un volum de oxigen molecular pentru a da două volume de apă.

Mai mult, Avogadro a propus că, dacă volume egale de gaze conțin un număr egal de particule, raportul dintre densitățile gazelor ar trebui să fie egal cu raportul dintre masele moleculare ale acestor particule.

Evident, împărțirea d1 la d2 dă naștere la cotul m1 / m2, deoarece volumul ocupat de masele gazoase este același pentru ambele specii și anulează:

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

d1 / d2 = m1 / m2

Numărul lui Avogadro

Un aluniță conține 6,022 x 10 ²³ molecule sau atomi. Această cifră se numește numărul lui Avogadro, deși el nu a fost cel care a calculat-o. Jean Pierre, câștigător al Premiului Nobel în 1926, a făcut măsurătorile corespunzătoare și a sugerat numele în onoarea lui Avogadro.

Experimentul lui Avogadro

O demonstrație foarte simplă a legii lui Avogadro constă în introducerea acidului acetic într-o sticlă de sticlă și apoi adăugarea de bicarbonat de sodiu, închiderea gurii sticlei cu un balon care împiedică intrarea sau ieșirea unui gaz din interiorul sticlei .

Acidul acetic reacționează cu bicarbonatul de sodiu, eliberând astfel CO ₂ . Gazul se acumulează în balon provocând inflația sa. Teoretic, volumul atins de balon este proporțional cu numărul de molecule de CO ₂ , așa cum este declarat de legea lui Avogadro.

Cu toate acestea, acest experiment are o limitare: balonul este un corp elastic; Prin urmare, pe măsură ce peretele său se extinde datorită acumulării de CO ₂ , în el se generează o forță care se opune distensiei sale și încearcă să reducă volumul balonului.

Experiment cu containere comerciale

Un alt experiment ilustrativ al legii Avogadro este prezentat cu utilizarea de conserve de sodiu și sticle de plastic.

În cazul conservelor de sodă, se toarnă bicarbonat de sodiu și apoi se adaugă o soluție de acid citric. Compușii reacționează unele cu altele care produc eliberarea de CO ₂ de gaz , care se acumulează în interiorul cutiei.

Ulterior, se adaugă o soluție concentrată de hidroxid de sodiu, care are funcția de „sechestrare” a CO ₂ . Accesul la interiorul conservei este apoi închis rapid folosind banda de mascare.

După un anumit timp, se observă că cutia se poate contracta, ceea ce indică faptul că prezența CO ₂ a scăzut . Apoi, s-ar putea crede că există o scădere a volumului cutiei care corespunde cu o scădere a numărului de molecule de CO ₂ , conform legii lui Avogadro.

În experimentul cu sticla, se urmărește aceeași procedură ca în cazul cutiei de sodă, iar când se adaugă NaOH, gura sticlei este închisă cu capacul; de asemenea, se observă o contracție a peretelui flaconului. Drept urmare, se poate efectua aceeași analiză ca în cazul sifonului.

Exemple

Cele trei imagini de mai jos ilustrează conceptul legii lui Avogadro, raportând volumul pe care îl ocupă gazele și numărul de molecule de reactanți și produse.

SAU

Volumul de hidrogen gazos este dublu, dar ocupă un recipient la aceeași dimensiune ca cel al oxigenului gazos.

N

N

Referințe

1. Dr. Bernard Fernandez. (Februarie 2009). Două ipoteze ale lui Avogadro (1811). . Luat de la: bibnum.education.fr
2. Nuria Martínez Medina. (5 iulie 2012). Avogadro, marele om de știință italian din secolul al XIX-lea. Luat de la: rtve.es
3. Muñoz R. și Bertomeu Sánchez JR (2003) Istoria științei în manuale: ipoteza lui Avogadro, Enseñanza de las Ciencias, 21 (1), 147-161.
4. Helmenstine, Anne Marie, doctorat. (1 februarie 2018). Care este Legea lui Avogadro? Luat de la: thinkco.com
5. Redactorii Encyclopaedia Britannica. (2016, 26 octombrie). Legea lui Avogadro. Encyclopædia Britannica. Luat de la: britannica.com
6. Yang, SP (2002). Produsele de uz casnic folosite pentru a prăbuși containerele și a demonstra Legea Avogadro. Chem. Educator. Vol: 7, pagini: 37-39.
7. Glasstone, S. (1968). Tratat de chimie fizică. 2 ^dă Exp. Editorial Aguilar.