- En què consisteix i unitats de mesura
- Deducció de la valor de R quan s'expressa en L
- Forma usual de la llei d'Avogadro
- Conseqüències i implicacions
- orígens
- Hipòtesi d'Avogadro
- Nombre d'Avogadro
- Experiment d'Avogadro
- Experiment amb recipients comercials
- exemples
- O
- N
- N
- referències
La llei d'Avogadro postula que un volum igual de tots els gasos, a igual temperatura i pressió, té la mateixa quantitat de molècules. Amadeo Avogadro, físic italià, va proposar en 1811 dues hipòtesis: la primera diu que els àtoms dels gasos elementals estan junts en les molècules en lloc d'existir com a àtoms separats, com deia John Dalton.
La segona hipòtesi diu que volums iguals de gasos a pressió i temperatura constants tenen la mateixa quantitat de molècules. La hipòtesi d'Avogadro relacionada amb el nombre de molècules dels gasos, no va ser acceptada sinó fins a 1858, quan el químic italià Stanislao Cannizaro va construir un sistema lògic de química basada en aquesta.
De la llei d'Avogadro pot deduir el següent: per a una massa donada d'un gas ideal, el seu volum i la quantitat de molècules són directament proporcionals si la temperatura i la pressió són constants. Això també implica que el volum molar dels gasos que es comporten idealment és el mateix per a tothom.
Per exemple, donat un nombre de globus, retolats de l'A la Z, a tots se'ls omple fins que s'inflin a un volum de 5 litres. Cada lletra correspon a una espècie gasosa diferent; és a dir, les seves molècules presenten característiques pròpies. La llei d'Avogadro afirma que tots els globus alberguen la mateixa quantitat de molècules.
Si ara els globus s'inflen fins als 10 litres, d'acord amb les hipòtesis d'Avogadro s'haurà introduït el doble de la quantitat de mols gasosos inicials.
En què consisteix i unitats de mesura
La llei d'Avogadro assenyala que, per a una massa d'un gas ideal, el volum de gas i el nombre de mols són directament proporcionals si la temperatura i la pressió són constants. Matemàticament es pot expressar amb la següent equació:
V / n = K
V = volum de gas, generalment expressat en litres.
n = quantitat de la substància mesura en mols.
Així mateix, de l'anomenada llei dels gasos ideals es té el següent:
PV = nRT
P = la pressió de gas se sol expressar en atmosferes (atm), en mm de mercuri (mmHg) o en Pascal (Pa).
V = el volum de gas expressat en litres (L).
n = nombre de mols.
T = la temperatura de l'gas expressada en graus centígrads, graus Fahrenheit o en graus Kelvin (0 ºC equival a 273,15K).
R = la constant universal dels gasos ideals, la qual pot expressar-se en diverses unitats, entre les quals destaquen les següents: 0,08205 L · atm / K.mol (L · atm K -1.mol -1); 8,314 J / K.mol (JK -1.mol -1) (J és joule); i 1,987 cal / kmol (cal.K -1.mol -1) (calç és calories).
Deducció de la valor de R quan s'expressa en L
El volum que ocupa un mol d'un gas a una atmosfera de pressió i 0 ºC equivalent a 273K és de 22,414 litres.
R = PV / T
R = 1 atm x 22,414 (L / mol) / (273 º K)
R = 0,082 L · atm / mol.K
L'equació dels gasos ideals (PV = nRT) pot escriure de la forma següent:
V / n = RT / P
Si s'assumeix que la temperatura i la pressió són constants, pel fet que R és una constant, llavors:
RT / P = K
després:
V / n = K
Això és una conseqüència de la llei d'Avogadro: l'existència d'una relació constant entre el volum que ocupa un gas ideal i el nombre de mols d'aquest gas, per a una temperatura i pressió constants.
Forma usual de la llei d'Avogadro
Si es tenen dos gasos, llavors l'equació anterior es transforma en el que segueix:
V 1 / n 1 = V 2 / n 2
Aquesta expressió també s'escriu com:
V 1 / V 2 = n 1 / n 2
L'anterior mostra la relació de proporcionalitat assenyalada.
En la seva hipòtesi, Avogadro assenyalava que dos gasos ideals en un mateix volum ia la mateixa temperatura i pressió contenen la mateixa quantitat de molècules.
Per extensió, passa el mateix amb els gasos reals; per exemple, un volum igual d'O 2 i N 2 conté la mateixa quantitat de molècules quan està a la mateixa temperatura i pressió.
Els gasos reals mostren petites deviaciones de l'comportament ideal. No obstant això, la llei d'Avogadro és aproximadament vàlida per a gasos reals a una pressió prou baixa ia temperatures altes.
Conseqüències i implicacions
La conseqüència més significativa de la llei d'Avogadro és que la constant R per als gasos ideals té el mateix valor per a tots els gasos.
R = PV / nT
Llavors, si R és constant per dos gasos:
P 1 V 1 / nT 1 = P 2 V 2 / n 2 T 2 = constant
Els sufixos 1 i 2 representen dos gasos ideals diferents. La conclusió és que la constant dels gasos ideals per a 1 mol d'un gas és independent de la naturalesa de el gas. Llavors, el volum ocupat per aquesta quantitat de gas a una temperatura i pressió donades serà sempre el mateix.
Una conseqüència de l'aplicació de la llei d'Avogadro és la troballa que 1 mol d'un gas ocupa un volum de 22,414 litres a la pressió d'1 atmosfera ia la temperatura de 0 ºC (273K).
Una altra conseqüència òbvia és la següent: si la pressió i la temperatura són constants, quan s'incrementa la quantitat d'un gas el seu volum també s'incrementarà.
orígens
En 1811 Avogadro va exposar la seva hipòtesi basant-se en la teoria atòmica de Dalton i la llei de Gay-Lussac sobre els vectors de moviment de les molècules.
Gay-Lussac va concloure en 1809 que "els gasos, en qualsevol que siguin les proporcions en què es puguin combinar, donen sempre lloc a compostos els elements mesurats en volum són sempre múltiples d'un altre".
El mateix autor també va mostrar que "les combinacions dels gasos tenen lloc sempre segons relacions molt simples en volum".
Avogadro va assenyalar que les reaccions químiques en fase gasosa involucren espècies moleculars tant de reactius com de producte.
Segons aquesta afirmació, la relació entre les molècules d'reactius i productes s'ha de tractar d'un nombre sencer, ja que no és probable l'existència de ruptura d'enllaços abans de la reacció (àtoms individuals). No obstant això, les quantitats molars sí que poden expressar-se amb valors fraccionaris.
Per la seva banda, la llei dels volums de combinació assenyala que la relació numèrica entre els volums gasosos també és simple i sencera. Això porta com a conseqüència una associació directa entre els volums i el nombre de molècules de les espècies gasoses.
Hipòtesi d'Avogadro
Avogadro va proposar que les molècules dels gasos eren diatòmiques. Això explicava com dos volums d'hidrogen molecular es combinen amb un volum d'oxigen molecular per donar dos volums d'aigua.
A més, Avogadro va proposar que si els volums iguals de gasos contenien el mateix nombre de partícules, la relació entre les densitats dels gasos havia de ser igual a la relació entre les masses moleculars d'aquestes partícules.
Evidentment, dividint d1 entre d2 origina el quocient m1 / m2, ja que el volum ocupat per les masses gasoses és el mateix per a ambdues espècies i es cancel·la:
d1 / d2 = (m1 / V) / (m2 / V)
d1 / d2 = m1 / m2
Nombre d'Avogadro
Un mol conté 6,022 x 10 23 molècules o àtoms. Aquesta xifra se li denomina nombre d'Avogadro, encara que ell no va ser qui la va calcular. Jean Pierre, Premi Nobel de 1926, va fer els mesuraments corresponents i va suggerir el nom en honor a Avogadro.
Experiment d'Avogadro
Una demostració molt simple de la llei d'Avogadro consisteix a posar en una ampolla de vidre àcid acètic i afegir després bicarbonat de sodi, tancant la boca de l'ampolla amb un globus que impedeix l'ingrés o la sortida d'un gas de l'interior de l'ampolla.
L'àcid acètic reacciona amb el bicarbonat de sodi, produint així l'alliberament de l'CO 2. El gas s'acumula en el globus provocant la seva inflació. Teòricament, el volum assolit pel globus és proporcional a el nombre de molècules de CO 2, tal com ho planteja la llei d'Avogadro.
No obstant això, aquest experiment té una limitació: el globus és un cos elàstic; per tant, a l'distendre la seva paret per l'acumulació de CO 2, es genera en aquesta una força que s'oposa al seu distensió i tracta de reduir el volum de l'globus.
Experiment amb recipients comercials
Un altre experiment il·lustratiu de la llei d'Avogadro es presenta amb l'ús de llaunes de refresc i ampolles plàstiques.
En el cas de les llaunes de refresc, s'aboca en el seu interior bicarbonat de sodi i s'agrega després una solució d'àcid cítric. Els compostos reaccionen entre si produint l'alliberament de gas CO 2, el qual s'acumula a l'interior de la llauna.
Posteriorment s'afegeix una solució concentrada d'hidròxid de sodi, la qual té la funció de "segrestar" el CO 2. Després es tanca ràpidament l'accés a l'interior de la llauna mitjançant l'ús de cinta adhesiva.
A el cap d'un cert temps s'observa que la llauna es contreu, indicant que ha disminuït la presència de CO 2. Llavors, es podria pensar que hi ha una disminució de l'volum de la llauna que es correspon amb una disminució de l'nombre de molècules de CO 2, d'acord amb la llei d'Avogadro.
En l'experiment amb l'ampolla se segueix el mateix procediment que amb la llauna de refresc, i a l'afegir el NaOH es tanca la boca de l'ampolla amb la tapa; igualment, s'observa una contracció de la paret de l'ampolla. Com a resultat pot realitzar la mateixa anàlisi que en el cas de la llauna de refresc.
exemples
Les tres imatges inferiors il·lustren el concepte de la llei d'Avogadro, relacionant el volum que ocupen els gasos i el nombre de molècules de reactius i productes.
O
El volum de gas hidrogen és el doble, però ocupa un recipient de la mateixa mida que el de l'oxigen gasós.
N
N
referències
- Bernard Fernandez, PhD. (Febrer de 2009). Two Hypotheses of Avogadro (1811).. Pres de: bibnum.education.fr
- Núria Martínez Medina. (05 de juliol del 2012). Avogadro, el gran científic italià de segle XIX. Pres de: rtve.es
- Muñoz R. i Bertomeu Sánchez JR (2003) La història de la ciència en els llibres de text: la (es) hipòtesi d'Avogadro, Ensenyament de les ciències, 21 (1), 147-161.
- Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (01 de febrer del 2018). What Is Avogadro 's Law? Pres de: thoughtco.com
- The Editors of Encyclopaedia Britannica. (26 d'octubre de 2016). Avogadro 's law. Encyclopædia Britannica. Pres de: britannica.com
- Yang, SP (2002). Household products used to collapse close contenidors and demonstrate Avogadro 's Law. Chem. Educator. Vol: 7, pàgines: 37-39.
- Glasstone, S. (1968). Tractat de Química Física. 2 dóna Edic. Editorial Aguilar.