pangenes.ru

Закон Авогадро


Закон Авогадро (иногда называемый гипотезой Авогадро или принципом Авогадро) является экспериментальным газовым законом, связывающим объем газа с количеством вещества, присутствующего в газе.

Закон является частным случаем закона идеального газа.

  • Закон Авогадро гласит, что «равные объемы всех газов при одинаковой температуре и давлении имеют одинаковое количество молекул».
  • Для данной массы идеального газа объем и количество (молей) газа прямо пропорциональны, если температура и давление постоянны.

Закон назван в честь Амедео Авогадро, который в 1811 году выдвинул гипотезу о том, что два образца идеального газа одинакового объема и с одинаковой температурой и давлением содержат одинаковое количество молекул.

  • Например, равные объемы молекулярного водорода и азота содержат одинаковое количество молекул, когда они имеют одинаковую температуру и давление, и наблюдают поведение идеального газа.


Закон Авогадро


На практике реальные газы показывают небольшие отклонения от идеального поведения, и закон выполняется только приблизительно, но все еще является полезным для ученых.

Закон можно записать так:

V / N = k,

где

V = объем газа;

N = количество вещества в газе (измеряется в молях);

k = является константой для данной температуры и давления.

Этот закон описывает, как в одинаковых условиях температуры и давления одинаковые объемы всех газов содержат одинаковое количество молекул.

Для сравнения одного и того же вещества при двух различных наборах условий закон может быть с пользой выражен следующим образом:

V1 / N1 = V2 / N2

Уравнение показывает, что с увеличением количества молей газа объем газа также увеличивается пропорционально.

Аналогично, если количество молей газа уменьшается, то объем также уменьшается. Таким образом, число молекул или атомов в определенном объеме идеального газа не зависит от их размера или молярной массы газа.

Вывод закона Авогадро следует непосредственно из закона идеального газа:

PV = NRT,

Где

R - газовая постоянная,

T - температура Кельвина,

P - давление (в паскалях).

Решая данное уравнение для V / N получим

V / N = RT / P

Отсюда

k = RT / P ,

которое является постоянным для фиксированной температуры и фиксированного давления.

Гипотеза Авогадро (как это было известно изначально) была сформулирована в том же духе, что и более ранние эмпирические газовые законы, такие как закон Бойля (1662), закон Шарля (1787) и закон Гей-Люссака (1808).

В 1814 году, независимо от Авогадро, Андре-Мари Ампер опубликовал тот же закон с аналогичными выводами.

  • Поскольку Ампер был более известен во Франции, гипотеза обычно упоминалась там как гипотеза Ампера, а позже также как гипотеза Авогадро - Ампера.

Экспериментальные исследования, проведенные Чарльзом Фредериком Герхардтом и Огюстом Лораном по органической химии, показали, что закон Авогадро объясняет, почему одинаковые количества молекул в газе имеют одинаковый объем.

  • Тем не менее, связанные эксперименты с некоторыми неорганическими веществами показали кажущиеся исключения из закона.

Это очевидное противоречие было окончательно разрешено Станислао Канниццаро, как было объявлено на конгрессе в Карлсруэ в 1860 году, через четыре года после смерти Авогадро. Он объяснил, что эти исключения были связаны с молекулярной диссоциацией при определенных температурах, и что закон Авогадро определял не только молекулярные массы, но и атомные массы.

Законы Бойля, Шарля и Гей - Люссака, вместе с законом Авогадро, были объединены Эмилем Клапейроном в 1834 году, дав начало закону об идеальном газе.

  • В конце 19 - го века более поздние разработки таких ученых, как Август Крёниг, Рудольф Клаузиус, Джеймс Клерк Максвелл и Людвиг Больцман, породили кинетическую теорию газов, микроскопическую теорию, из которой закон идеального газа можно вывести как статистический результат движения атомов / молекул в газе.

Постоянная Авогадро

Закон Авогадро дает возможность рассчитать количество газа в сосуде.

Благодаря этому открытию Иоганн Йозеф Лошмидт в 1865 году впервые смог оценить размер молекулы.

  • Его расчеты породили концепцию постоянной Лошмидта, соотношения между макроскопическими и атомными величинами.

В 1910 году в эксперименте Милликана о капле масла, определяющем заряд электрона, вместе с константой Фарадея (полученной Майклом Фарадеем в 1834 году) можно определить количество частиц в моле вещества.

В то же время прецизионные эксперименты Жана Батиста Перрена приводят к определению числа Авогадро для обозначения количества молекул в одном грамме молекулы кислорода.

Перрен назвал число в честь Авогадро, за открытие тезки закона.

  • Более поздняя стандартизация Международной системы единиц приводит к современному определению постоянной Авогадро, которая численно равна 6,02 * 10 23


Молярный объем или откуда взято число 22,4, которое мы используем для вычислений

Применяя формулу, объединяющую уравнение идеального газа и закон Авогадро

Vm = V / N = RT / P ,

подставляем числовые значения (принимая фиксированные давление и температуру за 101,325 кПа и 273,15 К соответственно, мы можем найти объем одного моля газа):

Vm = (8,314 * 273,15 K) / 101, 325 кПа = 22,4 литр / моль.
pangenes.ru
pangenes.ru

pangenes.ru © 2019
Яндекс.Метрика