Νόμος του Avogadro

Νόμος του Avogadro

Όταν εφαρμόζεται στα αέρια, ο νόμος του Avogadro (επίσης γνωστός ως αρχή του Avogadro ή υπόθεση του Avogadro) δηλώνει ότι ο συνολικός αριθμός ατόμων ή μορίων σε ένα αέριο (δηλαδή η ποσότητα της αέριας ουσίας) είναι ευθέως ανάλογος με τον συνολικό όγκο που καταλαμβάνει το αέριο σε σταθερή θερμοκρασία και πίεση.

Ο νόμος του Avogadro σχετίζεται στενά με την εξίσωση του ιδανικού αερίου καθώς καθιερώνει μια σχέση μεταξύ της θερμοκρασίας, της πίεσης, του όγκου και της ποσότητας της ουσίας που υπάρχει σε ένα δεδομένο αέριο υπό ορισμένες συνθήκες.

Ο «νόμος του Avogadro» πήρε το όνομά του από τον Ιταλό επιστήμονα Amedeo Carlo Avogadro, ο οποίος πρότεινε ότι δύο ανόμοια ιδανικά αέρια που καταλαμβάνουν τον ίδιο όγκο σε μια δεδομένη (σταθερή) θερμοκρασία και πίεση πρέπει να περιέχουν ίσο αριθμό μορίων. Ο νόμος του Avogadro βασίζεται στην υπόθεση ότι δύο ανόμοια ιδανικά αέρια έχουν τον ίδιο αριθμό μορίων.

Τύπος

Ο νόμος του Avogadro μπορεί να εκφραστεί μαθηματικά χρησιμοποιώντας τον ακόλουθο τύπο όταν η πίεση και η θερμοκρασία διατηρούνται σταθερές:

V ∝ n

V/n =k,

Όπου το V υποδηλώνει τον όγκο του αερίου, το n την ποσότητα της αέριας ουσίας που υπάρχει (η οποία συχνά εκφράζεται σε mol) και το k δηλώνει μια σταθερή τιμή. Οι αυξήσεις στην ποσότητα μιας αέριας ουσίας μπορούν να υπολογιστούν χρησιμοποιώντας τον ακόλουθο τύπο:Καθώς η ποσότητα μιας αέριας ουσίας αυξάνεται, ο χώρος που καταλαμβάνει το αέριο αυξάνεται αναλογικά.

Ο νόμος του Avogadro δηλώνει ότι V1/n1 =V2/n2 (δηλαδή, k).

Παραγωγή

Για να εξαχθεί ο νόμος του Avogadro, πρέπει πρώτα να λυθεί η εξίσωση ιδανικού αερίου, η οποία μπορεί να εκφραστεί ως εξής:

Το PV =nRT είναι ένας μαθηματικός τύπος.

Πού,

Η πίεση που ασκεί το αέριο στα τοιχώματα του δοχείου του υποδηλώνεται με το γράμμα «P» και ο όγκος που καταλαμβάνει το αέριο με το γράμμα «V.»

Η ποσότητα της αέριας ουσίας συμβολίζεται με το γράμμα «n.» (αριθμός γραμμομορίων αερίου)

Η καθολική σταθερά αερίου συμβολίζεται με το γράμμα «R.»

Η απόλυτη θερμοκρασία του αερίου συμβολίζεται με το γράμμα «T.»

Η ακόλουθη εξίσωση μπορεί να ληφθεί με αναδιάταξη της εξίσωσης ιδανικού αερίου.

V/n =(RT)/P =(RT)/P

Το (RT)/P είναι μια σταθερά σε αυτή την περίπτωση (επειδή η θερμοκρασία και η πίεση διατηρούνται σταθερές και επειδή το γινόμενο/πηλίκο δύο ή περισσότερων σταθερών είναι πάντα σταθερό). Επομένως:

V/n =k είναι ένας μαθηματικός τύπος.

Είναι επομένως δυνατό να αποδειχθεί ότι η σχέση μεταξύ του όγκου που καταλαμβάνει ένα αέριο και του αριθμού των αέριων μορίων είναι γραμμική.

Μοριακός όγκος αερίου του αερίου 

Σύμφωνα με το νόμο του Avogadro, η σχέση μεταξύ του όγκου και της ποσότητας μιας αέριας ουσίας είναι σταθερή (σε σταθερή πίεση και θερμοκρασία). Είναι δυνατός ο προσδιορισμός της τιμής αυτής της σταθεράς (k) με τη βοήθεια της ακόλουθης εξίσωσης:

k =(RT)/P είναι μια αναλογία δύο αριθμών.

Χρησιμοποιώντας τυπικές συνθήκες θερμοκρασίας και πίεσης, η τιμή του T αντιστοιχεί σε 273,15 βαθμούς Kelvin και η τιμή του P αντιστοιχεί σε 101,325 κιλά ανά τετραγωνικό μέτρο επιφάνειας. Ως αποτέλεσμα, στο STP, ένα mole ενός αερίου καταλαμβάνει την ακόλουθη ποσότητα χώρου:

8 314 J.mol-1.K-1*(273,15 K)/(101,325 kPa) =22,4 λίτρα είναι ο όγκος που καταλαμβάνει ένα mole αερίου.

Ως αποτέλεσμα, στο STP, ένα mole οποιασδήποτε αέριας ουσίας καταλαμβάνει 22,4 λίτρα όγκου.

Εικονογραφήσεις του νόμου του Αβογάδρου

Η διαδικασία της αναπνοής είναι μια φανταστική απεικόνιση του νόμου του Avogadro σε δράση. Ως αποτέλεσμα της εισπνοής, οι άνθρωποι βιώνουν μια αύξηση της μοριακής ποσότητας αέρα στους πνεύμονές τους, καθώς και μια αύξηση στον όγκο των πνευμόνων τους (διαστολή των πνευμόνων).

Ένα άλλο παράδειγμα του νόμου του Avogadro σε δράση είναι το ξεφούσκωμα των ελαστικών αυτοκινήτων, το οποίο είναι αρκετά συνηθισμένο. Για να διαφύγει ο παγιδευμένος αέρας μέσα στο ελαστικό, ο αριθμός των γραμμομορίων αέρα που υπάρχουν στο ελαστικό πρέπει να μειωθεί αναλογικά. Με τη σειρά του, αυτό προκαλεί μείωση του όγκου του χώρου που καταλαμβάνει το αέριο, με αποτέλεσμα το ελαστικό να χάσει το σχήμα του και να ξεφουσκώσει.

Περιορισμοί του νόμου του Avogadro

Παρά το γεγονός ότι είναι απόλυτα εφαρμόσιμος στα ιδανικά αέρια, ο νόμος του Avogadro μπορεί να παρέχει μόνο κατά προσέγγιση σχέσεις για πραγματικά αέρια. Σε χαμηλές θερμοκρασίες και υψηλές πιέσεις, η απόκλιση των πραγματικών αερίων από την ιδανική συμπεριφορά γίνεται πιο έντονη.

Ο νόμος του Avogadro τηρείται αυστηρότερα από μόρια αερίων με σχετικά χαμηλή μοριακή μάζα (όπως το ήλιο και το υδρογόνο) παρά από τα βαρύτερα μόρια, κάτι που είναι σημαντικό να θυμόμαστε.

Σημαντικοί παράγοντες που πρέπει να έχετε υπόψη σας

• Υπό παρόμοιες συνθήκες θερμοκρασίας και πίεσης, ίσοι όγκοι διαφόρων αερίων περιέχουν ίσο αριθμό μορίων στις αντίστοιχες καταστάσεις τους.
• Ο νόμος του Avogadro ισχύει μόνο για το φυσικό αέριο.
• Η σημασία του νόμου του Avogadro είναι ότι μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον προσδιορισμό της ποσότητας του αερίου που υπάρχει και του όγκου του αερίου που υπάρχει.
• Το ξεφούσκωμα των ελαστικών αυτοκινήτων είναι ένα καλό παράδειγμα του νόμου Avogadro σε εφαρμογή.
• Χρησιμοποιώντας την εξίσωση k =(RT)/P, είναι δυνατός ο υπολογισμός της τιμής της σταθεράς.
• Στη χημεία, ο νόμος Avogadro χρησιμοποιείται πιο συχνά για τη μέτρηση της πίεσης ή του αριθμού των αερίων που υπάρχουν σε ένα δοχείο.
• Αυτό χρησιμοποιείται επίσης από χημικούς μηχανικούς και μηχανικούς διεργασιών για την εκτέλεση υπολογισμών.
• Σε αντίθεση με τα αέρια με υψηλότερη μοριακή μάζα, τα αέρια με μόρια με χαμηλότερη μοριακή μάζα, όπως το ήλιο και το υδρογόνο, υπακούουν με μεγαλύτερη συνέπεια στο νόμο του Avogadro.
• Η διαδικασία της αναπνοής είναι ένα ακόμη παράδειγμα του νόμου του Avogadro σε δράση, όπως φαίνεται παρακάτω.
• Όσο η θερμοκρασία και η πίεση παραμένουν σταθερές ή κοντά σε αυτές, η ποσότητα αυξάνεται και ο όγκος αυξάνεται μαζί της.
• Όταν η θερμοκρασία και η πίεση είναι ίδιες ή σταθερές, η ποσότητα μειώνεται και ο όγκος μειώνεται ως αποτέλεσμα της μείωσης της ποσότητας.
• Ο νόμος του Avogadro πήρε το όνομά του από τον διάσημο Ιταλό επιστήμονα Amedeo Carlo Avogadro, ο οποίος έζησε τον 18ο αιώνα.

ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑ

Ο νόμος του Avogadro (γνωστός και ως αρχή του Avogadro ή υπόθεση του Avogadro) δηλώνει ότι ο συνολικός αριθμός ατόμων ή μορίων σε ένα αέριο (δηλαδή η ποσότητα της αέριας ουσίας) είναι ευθέως ανάλογος με τον συνολικό όγκο που καταλαμβάνει το αέριο σε σταθερή θερμοκρασία και πίεση Σύμφωνα με το νόμο του Avogadro, η σχέση μεταξύ του όγκου και της ποσότητας μιας αέριας ουσίας είναι σταθερή (σε σταθερή πίεση και θερμοκρασία). Παρά το γεγονός ότι είναι απόλυτα εφαρμόσιμος στα ιδανικά αέρια, ο νόμος του Avogadro μπορεί να παρέχει μόνο κατά προσέγγιση σχέσεις για πραγματικά αέρια. Σε χαμηλές θερμοκρασίες και υψηλές πιέσεις, η απόκλιση των πραγματικών αερίων από την ιδανική συμπεριφορά γίνεται πιο έντονη. Ο νόμος του Avogadro ισχύει μόνο για το αέριο. Η σημασία του νόμου του Avogadro είναι ότι μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον προσδιορισμό της ποσότητας του αερίου που υπάρχει και του όγκου του υπάρχει αέριο.