DE WET VAN AVOGADRO: MEETEENHEDEN EN EXPERIMENT - CHEMIE - 2025

De wet van Avogadro stelde dat een gelijk volume van alle gassen, bij dezelfde temperatuur en druk, hetzelfde aantal moleculen heeft. Amadeo Avogadro, een Italiaanse natuurkundige, stelde in 1811 twee hypothesen voor: de eerste zegt dat de atomen van elementaire gassen samen in moleculen zijn in plaats van als afzonderlijke atomen te bestaan, zoals John Dalton zei.

De tweede hypothese zegt dat gelijke hoeveelheden gassen bij constante druk en temperatuur hetzelfde aantal moleculen hebben. Avogadro's hypothese met betrekking tot het aantal moleculen in gassen werd pas in 1858 geaccepteerd, toen de Italiaanse chemicus Stanislao Cannizaro er een logisch chemisch systeem op bouwde.

Uit de wet van Avogadro kan het volgende worden afgeleid: voor een gegeven massa van een ideaal gas zijn het volume en het aantal moleculen recht evenredig als de temperatuur en druk constant zijn. Dit houdt ook in dat het molaire volume van de zich idealiter gedragende gassen voor iedereen hetzelfde is.

Als u bijvoorbeeld een aantal ballonnen met het label A tot en met Z opgeeft, worden ze allemaal gevuld totdat ze zijn opgeblazen tot een volume van 5 liter. Elke letter komt overeen met een andere gasvormige soort; dat wil zeggen, zijn moleculen hebben hun eigen kenmerken. Volgens de wet van Avogadro bevatten alle ballonnen hetzelfde aantal moleculen.

Als de ballonnen nu worden opgeblazen tot 10 liter, zal volgens de hypothesen van Avogadro tweemaal zoveel aanvankelijke gasvormige mollen zijn geïntroduceerd.

Waar het uit bestaat en meeteenheden

De wet van Avogadro stelt dat, voor een massa van een ideaal gas, het volume van het gas en het aantal mol recht evenredig zijn als de temperatuur en druk constant zijn. Wiskundig kan het worden uitgedrukt met de volgende vergelijking:

V / n = K

V = volume van het gas, meestal uitgedrukt in liters.

n = hoeveelheid van de stof gemeten in mol.

Ook hebben we uit de zogenaamde ideale gaswet het volgende:

PV = nRT

P = gasdruk wordt meestal uitgedrukt in atmosfeer (atm), in mm kwik (mmHg) of in Pascal (Pa).

V = het volume van het gas uitgedrukt in liter (L).

n = aantal mol.

T = de temperatuur van het gas uitgedrukt in graden Celsius, graden Fahrenheit of graden Kelvin (0 ºC is gelijk aan 273,15K).

R = de universele constante van ideale gassen, die kan worden uitgedrukt in verschillende eenheden, waaronder de volgende opvallen: 0,08205 L · atm / K.mol (L · atm K ^-1 .mol ^-1 ); 8,314 J / K. mol (JK- ^1. Mol- ¹ ) (J is joule); en 1.987 cal / Kmol (cal.K ^-1 .mol ^-1 ) (cal is calorieën).

Aftrek van de waarde van R uitgedrukt in L

Het volume dat een mol gas inneemt bij een atmosfeer van druk en 0 ºC equivalent aan 273K is 22.414 liter.

R = PV / T

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

R = 0,082 L atm / mol.K

De ideale gasvergelijking (PV = nRT) kan als volgt worden geschreven:

V / n = RT / P

Als wordt aangenomen dat temperatuur en druk constant zijn, omdat R een constante is, dan:

RT / P = K

Vervolgens:

V / n = K

Dit is een gevolg van de wet van Avogadro: het bestaan ​​van een constante relatie tussen het volume dat een ideaal gas inneemt en het aantal mol van dat gas, voor een constante temperatuur en druk.

Gebruikelijke vorm van de wet van Avogadro

Als u twee gassen heeft, wordt de vorige vergelijking de volgende:

V ₁ / n ₁ = V ₂ / n ₂

Deze uitdrukking wordt ook geschreven als:

V ₁ / V ₂ = n ₁ / n ₂

Het bovenstaande toont de aangegeven proportionaliteitsrelatie.

In zijn hypothese wees Avogadro erop dat twee ideale gassen in hetzelfde volume en bij dezelfde temperatuur en druk hetzelfde aantal moleculen bevatten.

Bij uitbreiding geldt hetzelfde voor echte gassen; een gelijk volume van O ₂ en N ₂ bevat bijvoorbeeld hetzelfde aantal moleculen bij dezelfde temperatuur en druk.

Echte gassen vertonen kleine afwijkingen van ideaal gedrag. De wet van Avogadro is echter ongeveer geldig voor echte gassen bij voldoende lage druk en bij hoge temperaturen.

Gevolgen en implicaties

Het belangrijkste gevolg van de wet van Avogadro is dat de constante R voor ideale gassen voor alle gassen dezelfde waarde heeft.

R = PV / nT

Dus als R constant is voor twee gassen:

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

Achtervoegsels 1 en 2 vertegenwoordigen twee verschillende ideale gassen. De conclusie is dat de ideale gasconstante voor 1 mol gas onafhankelijk is van de aard van het gas. Het volume dat door deze hoeveelheid gas wordt ingenomen bij een bepaalde temperatuur en druk zal dan altijd hetzelfde zijn.

Een gevolg van de toepassing van de wet van Avogadro is de bevinding dat 1 mol gas een volume inneemt van 22.414 liter bij een druk van 1 atmosfeer en bij een temperatuur van 0 ºC (273K).

Een ander voor de hand liggend gevolg is het volgende: als de druk en temperatuur constant zijn, neemt het volume toe als de hoeveelheid gas wordt vergroot.

oorsprong

In 1811 kwam Avogadro met zijn hypothese op basis van de atoomtheorie van Dalton en de wet van Gay-Lussac over de bewegingsvectoren van moleculen.

Gay-Lussac concludeerde in 1809 dat "gassen, in welke verhoudingen ze ook kunnen worden gecombineerd, altijd verbindingen veroorzaken waarvan de elementen, gemeten in volume, altijd veelvouden zijn van een ander".

Dezelfde auteur toonde ook aan dat "de combinaties van gassen altijd plaatsvinden volgens zeer eenvoudige volumeverhoudingen".

Avogadro merkte op dat bij chemische reacties in de gasfase moleculaire soorten van zowel reactanten als producten betrokken zijn.

Volgens deze verklaring moet de relatie tussen de reactant en productmoleculen een geheel getal zijn, aangezien het bestaan ​​van bindingsbreuk vóór de reactie (individuele atomen) onwaarschijnlijk is. Molaire hoeveelheden kunnen echter worden uitgedrukt als fractionele waarden.

Van zijn kant geeft de wet van combinatievolumes aan dat de numerieke relatie tussen de gasvormige volumes ook eenvoudig en geheel getal is. Dit resulteert in een direct verband tussen de volumes en het aantal moleculen van de gasvormige soort.

Avogadro-hypothese

Avogadro stelde voor dat gasmoleculen diatomisch waren. Dit verklaarde hoe twee volumes moleculaire waterstof worden gecombineerd met één volume moleculaire zuurstof om twee volumes water te geven.

Bovendien stelde Avogadro voor dat als gelijke volumes gassen een gelijk aantal deeltjes bevatten, de verhouding van de dichtheden van de gassen gelijk zou moeten zijn aan de verhouding van de molecuulmassa's van deze deeltjes.

Het is duidelijk dat het delen van d1 door d2 leidt tot het quotiënt m1 / m2, aangezien het volume dat wordt ingenomen door de gasvormige massa's hetzelfde is voor beide soorten en het annuleert:

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

d1 / d2 = m1 / m2

Avogadro's nummer

Een mol bevat 6,022 x 10 ²³ moleculen of atomen. Dit cijfer wordt het getal van Avogadro genoemd, hoewel hij niet degene was die het heeft berekend. Jean Pierre, Nobelprijswinnaar in 1926, voerde de overeenkomstige metingen uit en stelde de naam voor ter ere van Avogadro.

Avogadro's experiment

Een heel eenvoudige demonstratie van de wet van Avogadro bestaat uit het plaatsen van azijnzuur in een glazen fles en vervolgens het toevoegen van natriumbicarbonaat, het sluiten van de opening van de fles met een ballon die het in- of uitstromen van een gas uit de fles verhindert. .

Azijnzuur reageert met natriumbicarbonaat, waardoor CO ₂ vrijkomt . Het gas hoopt zich op in de ballon waardoor deze wordt opgeblazen. Theoretisch is het volume dat de ballon bereikt evenredig met het aantal CO ₂ -moleculen , zoals bepaald door de wet van Avogadro.

Dit experiment heeft echter een beperking: de ballon is een elastisch lichaam; daarom, terwijl de wand uitrekt als gevolg van de ophoping van CO ₂ , wordt er een kracht in opgewekt die het uitrekken tegenwerkt en probeert het volume van de ballon te verminderen.

Experimenteer met commerciële containers

Een ander illustratief experiment van de wet van Avogadro wordt gepresenteerd met het gebruik van frisdrankblikjes en plastic flessen.

In het geval van frisdrankblikken wordt er natriumbicarbonaat in gegoten en vervolgens wordt een citroenzuuroplossing toegevoegd. De verbindingen reageren met elkaar waarbij CO ₂ -gas vrijkomt , dat zich ophoopt in het blik.

Vervolgens wordt een geconcentreerde natriumhydroxide-oplossing toegevoegd, die de functie heeft van het "vastleggen" van de CO ₂ . De toegang tot de binnenkant van het blik wordt dan snel afgesloten met afplaktape.

Na een bepaalde tijd wordt opgemerkt dat het blikje samentrekt, wat aangeeft dat de aanwezigheid van CO ₂ is afgenomen . Dan zou men kunnen denken dat er volgens de wet van Avogadro een afname is van het volume van het blikje dat overeenkomt met een afname van het aantal CO ₂ -moleculen.

Bij het experiment met de fles wordt dezelfde procedure gevolgd als bij het frisdrankblikje, en wanneer de NaOH wordt toegevoegd, wordt de opening van de fles gesloten met het deksel; Evenzo wordt een samentrekking van de wand van de fles waargenomen. Hierdoor kan dezelfde analyse worden uitgevoerd als in het geval van het frisdrankblikje.

Voorbeelden

De drie onderstaande afbeeldingen illustreren het concept van de wet van Avogadro, die het volume dat gassen innemen en het aantal moleculen van reactanten en producten in verband brengt.

OF

Het volume waterstofgas is dubbel, maar het neemt een container in die even groot is als dat van gasvormige zuurstof.

N

N

Referenties

1. Bernard Fernandez, PhD. (Februari 2009). Twee hypothesen van Avogadro (1811). . Overgenomen uit: bibnum.education.fr
2. Nuria Martínez Medina. (5 juli 2012). Avogadro, de grote Italiaanse wetenschapper uit de 19e eeuw. Genomen uit: rtve.es
3. Muñoz R. en Bertomeu Sánchez JR (2003) The history of science in textbooks: Avogadro's hypothesis, Enseñanza de las Ciencias, 21 (1), 147-161.
4. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (1 februari 2018). Wat is de wet van Avogadro? Ontleend aan: thoughtco.com
5. De redactie van Encyclopaedia Britannica. (2016, 26 oktober). De wet van Avogadro. Encyclopædia Britannica. Genomen uit: britannica.com
6. Yang, SP (2002). Huishoudproducten die werden gebruikt om gesloten containers in te storten en de wet van Avogadro te demonstreren. Chem. Opvoeder. Deel: 7, pagina's: 37-39.
7. Glasstone, S. (1968). Verhandeling over fysische chemie. 2 ^geeft Exp. Redactioneel Aguilar.