Τι είναι ο νόμος του Avogadro (Υπόθεση του Avogadro ή Αρχή του Avogadro);

Ο νόμος του Avogadro δηλώνει ότι υπό συνθήκες σταθερής πίεσης και θερμοκρασίας, υπάρχει άμεση σχέση μεταξύ του αριθμού των mol και του όγκου ενός αερίου. Αυτή ήταν η αρχική υπόθεση του Avogadro. Αυτός ο νόμος ίσχυε για τα ιδανικά αέρια, ενώ τα πραγματικά αέρια παρουσιάζουν μια μικρή απόκλιση από αυτόν.

Ο σύγχρονος ορισμός του νόμου του Avogadro είναι ότι για μια συγκεκριμένη μάζα ενός ιδανικού αερίου, η ποσότητα (αριθμός γραμμομορίων) και ο όγκος του αερίου είναι ευθέως ανάλογα, υπό την προϋπόθεση ότι οι συνθήκες θερμοκρασίας και πίεσης είναι σταθερές.

Ο τύπος του νόμου του Avogadro

Ο μαθηματικός τύπος του νόμου του Avogadro μπορεί να γραφτεί ως:

V ∝ n ή V/n =k

Όπου "V" είναι ο όγκος του αερίου, "n" είναι η ποσότητα του αερίου (αριθμός γραμμομορίων του αερίου) και το "k" είναι μια σταθερά για μια δεδομένη πίεση και θερμοκρασία.

Ο τύπος του νόμου του Avogadro περιγράφει πώς ίσοι όγκοι όλων των αερίων περιέχουν τον ίδιο αριθμό μορίων, υπό τις ίδιες συνθήκες πίεσης και θερμοκρασίας. Με άλλα λόγια, περιγράφει ότι ίσοι όγκοι δύο διαφορετικών αερίων θα έχουν τον ίδιο αριθμό μορίων, εφόσον η θερμοκρασία και η πίεση είναι ίδιες.

Ο Amadeo Avogadro ήταν Ιταλός επιστήμονας του 19ου αιώνα. Είναι γνωστός για τη σημαντική συνεισφορά του στη χημεία, όταν μόλις γινόταν ένα ξεχωριστό επιστημονικό πεδίο. Το έργο του ήταν περίπου το ίδιο με αυτό του Ζακ Σαρλ (Νόμος του Καρόλου), του Ρόμπερτ Μπόιλ (Νόμος του Μπόιλ) κ.λπ. Στην πραγματικότητα, ο νόμος του Αβογκάντρο, η υπόθεση που έθεσε, ήταν μεταξύ των νόμων στους οποίους βασίζεται ο Νόμος του Ιδανικού Αερίου.

Ένα ιδανικό αέριο μπορεί να οριστεί ως ένα στο οποίο οι συγκρούσεις μεταξύ των μορίων του αερίου είναι ελαστικές – δηλαδή δεν υπάρχει απώλεια κινητικής ή ορμής και τα μόρια δεν έχουν διαμοριακές δυνάμεις έλξης, δηλαδή δεν έχουν έχουν οποιεσδήποτε αλληλεπιδράσεις μεταξύ τους με εξαίρεση τις τυχαίες συγκρούσεις.

Προτού όμως κατανοήσουμε τη δουλειά του, ας δούμε μερικά βασικά.

Το mole είναι ένα μέτρο της ποσότητας μιας ουσίας. Ένα mole μιας ουσίας ορίζεται ως η ποσότητα που έχει τόσες μονάδες όσες είναι ο αριθμός των ατόμων άνθρακα σε 12 γραμμάρια άνθρακα C-12.

Ένα άλλο πράγμα που πρέπει να θυμάστε είναι ότι πολλοί από αυτούς τους νόμους χρησιμοποιούν STP ή τυπική θερμοκρασία και πίεση. Για STP, η τιμή της θερμοκρασίας είναι 273,15 K (που είναι 0℃) ενώ η τιμή της πίεσης είναι 1atm ή 760mmHg

Amedeo Avogadro (Παράθεση εικόνας:Wikimedia Commons)

Ο αριθμός του Avogadro

Ο αριθμός του Avogadro είναι ο αριθμός των μορίων αερίου σε ένα mole. Αυτός ο αριθμός είναι τεράστιος, ο τρέχων αριθμός είναι 6,022 x 1023. Η μονάδα για τον αριθμό του Avogadro είναι mol-1. Αυτό σημαίνει ότι το μέτρο της εν λόγω οντότητας είναι ανά mole. Ο αριθμός του Avogadro συνήθως συμβολίζεται με N.

Είναι ενδιαφέρον να σημειωθεί ότι σε αντίθεση με τη δημοφιλή πεποίθηση, ο αριθμός του Avogadro δεν ανακαλύφθηκε από τον Amedeo Avogadro. Η έννοια του mole και ο προσδιορισμός της τιμής του αριθμού του Avogadro συνέβη μετά το θάνατο του Avogadro. Στην πραγματικότητα, ο αριθμός του Avogadro ονομάζεται έτσι προς τιμήν της ανακάλυψής του και του έργου του.

Το πρώτο άτομο που υπολόγισε τον συνολικό αριθμό των σωματιδίων που υπάρχουν σε μια ουσία ήταν ένας Αυστριακός δάσκαλος γυμνασίου ονόματι Josef Loschmidt, ο οποίος, μετά από λίγα χρόνια, έγινε καθηγητής στο Πανεπιστήμιο της Βιέννης.

Χρησιμοποιώντας την κινητική μοριακή θεωρία, ο Loschmidt ήταν σε θέση να υπολογίσει τον αριθμό των σωματιδίων που υπήρχαν σε ένα κυβικό εκατοστό αερίου σε τυπικές συνθήκες πίεσης και θερμοκρασίας. Η τιμή που υπολόγισε το 1865 είναι γνωστή ως σταθερά Loschmidt σήμερα και η τιμή της είναι 2,6867773 x 1025 m-3.

Ο όρος «αριθμός του Avogadro» χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά από τον Jean Baptiste Perrin - έναν Γάλλο φυσικό. Ανέφερε μια εκτίμηση του αριθμού του Avogadro το 1909 με βάση την εργασία του για την κίνηση Brown. Για τους μη μυημένους, η κίνηση Brown είναι η τυχαία, τυχαία κίνηση μικροσκοπικών σωματιδίων που αιωρούνται σε ένα αέριο/υγρό.

Ο ακριβής προσδιορισμός του αριθμού του Avogadro κατέστη δυνατός μόνο για πρώτη φορά όταν ο Robert Millikan - ένας Αμερικανός φυσικός - μέτρησε επιτυχώς το φορτίο σε ένα ηλεκτρόνιο. Πριν από αυτό, το φορτίο σε ένα mole ηλεκτρονίων ήταν ήδη γνωστό (είναι μια σταθερά που ονομάζεται «Faraday», η οποία ισούται με 96.485,3383 coulombs ανά mole ηλεκτρονίων).

Έχουν γίνει ορισμένοι παραλληλισμοί για να καταλάβουμε πόσο τεράστιος είναι αυτός ο αριθμός. Ένα από τα πιο εύκολα κατανοητά είναι εάν αυτός ο αριθμός των μη σκασμένων πυρήνων ποπ κορν απλώνονταν σε όλη την περιοχή των Ηνωμένων Πολιτειών, μετά το σκάσιμο, το ποπ κορν θα κάλυπτε τη χώρα σε βάθος 9 μιλίων (Για αναφορά, η περιοχή των Ηνωμένων Πολιτειών Η πολιτεία είναι 3.797 τετραγωνικά μίλια!!)

Θα έχετε παρατηρήσει ότι ανέφερα το ρεύμα σχήμα του αριθμού του Avogadro. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι με τα χρόνια από τότε που καθορίστηκε για πρώτη φορά η τιμή, έχουν χρησιμοποιηθεί διαφορετικές μέθοδοι για τον υπολογισμό της. Ενώ κάθε μέθοδος δίνει περίπου την ίδια απάντηση, υπάρχουν μικρές παραλλαγές. Επομένως, με βάση τους πιο πρόσφατους υπολογισμούς, αυτός είναι ο αποδεκτός αριθμός. Το πρώτο άτομο που έκανε αυτόν τον υπολογισμό, ωστόσο, ήταν ο Loschmidt.

Τυφλοπόντικες σε γραμμάρια

Οι κρεατοελιές μπορούν να μετατραπούν σε γραμμάρια, που είναι μια άλλη πολύ δημοφιλής μέτρηση της ποσότητας, και αντίστροφα, με τον ακόλουθο τύπο

Moles =γραμμάρια/μοριακή μάζα

Για να υπολογίσετε τη μοριακή μάζα μιας ουσίας, πρέπει να χρησιμοποιήσετε τη χρήση του πάντα αποτελεσματικού περιοδικού πίνακα. Υπολογίζεται προσθέτοντας απλώς τον αριθμό μάζας των μεμονωμένων ατόμων στην ουσία. Για παράδειγμα, αν κάποιος πρέπει να υπολογίσει τη μοριακή μάζα του NaCl –

Μαζικός αριθμός Na =22,99 g/mol

Μαζικός αριθμός Cl =35,45 g/mol

Επομένως η μοριακή μάζα του NaCl είναι 22,99 + 35,45 =58,44 g/mol

Ο αριθμός του Avogadro έχει πολλές εφαρμογές στη χημεία και τη φυσική. Έχουν γίνει επίσης ορισμένες γενίκευση. Για παράδειγμα, ο όγκος 1 mol αερίου στο STP είναι 22,4 L. Αυτά είναι πολύ χρήσιμα στους υπολογισμούς. Ο αριθμός του Avogadro είναι μια οντότητα που χρησιμοποιείται από χημικούς παγκοσμίως. Αν και μπορεί να μην το είχε καθορίσει, το έργο του ήταν το προβάδισμα για αυτούς τους υπολογισμούς.