החוק של אבוגדרו: יחידות מדידה וניסוי - כִּימִיָה - 2025

חוק אבוגדרו הניחו כי נפח שווה של כל גזים, ב באותה טמפרטורה ולחץ, יש אותו מספר של מולקולות. אמדאו אבוגדרו, פיזיקאי איטלקי, הציע שתי השערות בשנת 1811: הראשון אומר שהאטומים של גזי היסודות נמצאים יחד במולקולות במקום קיימים כאטומים נפרדים, כמו שאמר ג'ון דלטון.

ההשערה השנייה אומרת כי נפחים גזים שווים בלחץ וטמפרטורה קבועים הם בעלי אותו מספר מולקולות. ההשערה של אבוגדרו שקשורה למספר המולקולות בגזים לא התקבלה עד 1858, אז בנה הכימאי האיטלקי סטניסלאו קניזארו מערכת כימית לוגית על בסיסה.

את הדברים הבאים ניתן להסיק מחוקו של אבוגדרו: עבור מסה נתונה של גז אידיאלי, נפחו ומספר המולקולות עומדים ביחס ישר אם הטמפרטורה והלחץ קבועים. זה גם מרמז כי הנפח הטוחני של הגזים המתנהגים באופן אידיאלי זהה לכולם.

לדוגמא, בהינתן מספר בלונים, המסומנים A עד Z, ​​כולם מתמלאים עד שהם מנופחים לנפח של 5 ליטר. כל אות מקבילה למין גזי אחר; כלומר, למולקולות שלה מאפיינים משלהם. החוק של אבוגדרו קובע כי כל הבלונים כוללים אותו מספר מולקולות.

אם הבלונים מנופחים כעת ל -10 ליטר, על פי ההשערות של אבוגדרו, הוכנס פעמיים ממספר השומות הגזי הראשוניות.

ממה זה מורכב ויחידות מדידה

החוק של אבוגדרו קובע כי עבור מסה של גז אידיאלי, נפח הגז ומספר השומות עומדים ביחס ישר אם הטמפרטורה והלחץ הם קבועים. מבחינה מתמטית זה יכול לבוא לידי ביטוי במשוואה הבאה:

V / n = K

V = נפח הגז, שבא לידי ביטוי בדרך כלל בליטרים.

n = כמות החומר שנמדד בשומות.

כמו כן, מכוח החוק המכונה גז אידיאלי יש לנו את הדברים הבאים:

PV = nRT

לחץ P = לחץ בדרך כלל מתבטא באטמוספרות (כספומט), במ"מ כספית (מ"מ כספית) או בפסקל (פא).

V = נפח הגז שבא לידי ביטוי בליטר (L).

n = מספר שומות.

T = טמפרטורת הגז הבאה לידי ביטוי במעלות צלזיוס, מעלות פרנהייט או מעלות קלווין (0 ºC שווה ל 273.15K).

R = הקבוע האוניברסאלי של גזים אידיאליים, שיכולים לבוא לידי ביטוי ביחידות שונות, ביניהם הבולטים הבאים: 0.08205 L · atm / K.mol (L · atm K ^-1. Mol ^-1 ); 8.314 J / K. mol (JK ^-1. Mol ^-1 ) (J הוא joule); ו- 1.987 קל / קמול (קל.ק ^-1 .מול ^-1 ) ( קלור הוא קלוריות).

ניכוי הערך של R כאשר הוא בא לידי ביטוי ב- L

הנפח ששומה של גז תופס באטמוספרה של לחץ ו -0 מעלות צלזיוס ל- 273K הוא 22.414 ליטר.

R = PV / T

R = 1 כספומט x 22,414 (L / mol) / (273 ºK)

R = 0,082 ליטר כספומט / מולק"ק

ניתן לכתוב את משוואת הגז האידיאלית (PV = nRT) באופן הבא:

V / n = RT / P

אם מניחים כי הטמפרטורה והלחץ הם קבועים, מכיוון ש- R הוא קבוע, אז:

RT / P = K

לאחר מכן:

V / n = K

זו תוצאה של החוק של אבוגדרו: קיום קשר קבוע בין הנפח שגז אידיאלי תופס למספר השומות של אותו גז, לטמפרטורה ולחץ קבועים.

צורה רגילה לחוק של אבוגדרו

אם יש לך שני גזים, המשוואה הקודמת הופכת להיות הבאה:

V ₁ / n ₁ = V ₂ / n ₂

ביטוי זה כתוב גם כ:

V ₁ / V ₂ = n ₁ / n ₂

האמור לעיל מראה את יחסי המידתיות המצוינים.

בהשערה שלו ציין אבוגדרו ששני גזים אידיאליים באותו נפח ובאותו טמפרטורה ולחץ מכילים אותו מספר מולקולות.

בהרחבה, הדבר נכון גם לגבי גזים אמיתיים; לדוגמא, נפח שווה של O ₂ ו- N ₂ מכיל את אותו מספר מולקולות כאשר הוא נמצא באותו טמפרטורה ולחץ.

גזים אמיתיים מראים סטיות קטנות מהתנהגות אידיאלית. עם זאת, החוק של אבוגדרו תקף בערך לגזים אמיתיים בלחץ נמוך מספיק ובטמפרטורות גבוהות.

השלכות והשלכות

התוצאה המשמעותית ביותר של החוק של אבוגדרו היא של- R הקבוע לגזים אידיאליים יש ערך זהה לכל הגזים.

R = PV / nT

אז אם R קבוע לשני גזים:

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

סיומות 1 ו -2 מייצגות שני גזים אידיאליים שונים. המסקנה היא כי קבוע הגז האידיאלי עבור 1 מול גז אינו תלוי באופי הגז. אז הנפח שתופס כמות גז זו בטמפרטורה ולחץ נתון תמיד יהיה זהה.

תוצאה של יישום החוק של אבוגדרו היא הממצא כי 1 שומה של גז תופסת נפח של 22.414 ליטר בלחץ של אטמוספרה וטמפרטורה של 0 ºC (273K).

תוצאה ברורה נוספת היא הבאה: אם הלחץ והטמפרטורה קבועים, כאשר כמות הגז מוגברת, נפחו יגדל גם הוא.

מקורות

בשנת 1811 העלה אבוגאדרו את השערתו על פי תיאוריית האטום של דלטון ועל החוק של גיי-לוסאק על ווקטורי התנועה של מולקולות.

גיי-לוסק הגיע למסקנה בשנת 1809 כי "גזים, בכל פרופורציות שהם יכולים לשלב, תמיד מולידים תרכובות שהאלמנטים שנמדדו בנפח הם תמיד כפל של אחר".

אותו מחבר הראה גם כי "שילובי הגזים מתרחשים תמיד על פי יחסים פשוטים מאוד בנפח."

אבוגדרו ציין כי תגובות כימיות בשלב הגז כוללות מינים מולקולריים של שני המגיבים והמוצר כאחד.

על פי הצהרה זו, הקשר בין המגיב למולקולות המוצר חייב להיות מספר שלם, מכיוון שלא קיים סיכוי כי קיומה של שבירת קשר לפני התגובה (אטומים בודדים). עם זאת, כמויות טוחנות יכולות להתבטא כערכים שברים.

חוק אמצעי האחסון המשולבים מצידו מצביע על כך שהקשר המספרי בין הנפחים הגזים הוא גם פשוט ומספר שלם. התוצאה היא קשר ישיר בין הנפחים למספר המולקולות של המין הגזי.

השערת אבוגאדרו

אבוגאדרו הציע שמולקולות הגז היו דיאטומיות. זה הסביר כיצד שני נפחים של מימן מולקולרי משתלבים עם נפח אחד של חמצן מולקולרי כדי לתת שני נפחים של מים.

יתרה מזאת, אבוגדרו הציע כי אם נפחים גזים שווים מכילים מספר שווה של חלקיקים, יחס הצפיפות של הגזים צריך להיות שווה ליחס בין המוני המולקולרי של חלקיקים אלה.

ברור כי חלוקת d1 על ידי d2 מולידה את הכמות m1 / m2, מכיוון שהנפח שתופס המוני הגזים זהה לשני המינים והוא מבטל:

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

d1 / d2 = m1 / m2

המספר של אבוגדרו

שומה אחת מכילה 6.022 על 10 ²³ מולקולות או אטומים. הנתון הזה נקרא המספר של אבוגאדרו, למרות שהוא לא היה זה שחישב אותו. ז'אן פייר, זוכה פרס נובל ב -1926, ערך את המדידות המתאימות והציע את השם לכבוד אבוגדרו.

הניסוי של אבוגדרו

הדגמה מאוד פשוטה לחוקו של אבוגדרו מורכבת מהנחת חומצה אצטית בבקבוק זכוכית ואז הוספת נתרן ביקרבונט, סגירת פה הבקבוק בכדור פורח המונע כניסה או יציאה של גז מתוך הבקבוק. .

חומצה אצטית מגיבה עם נתרן ביקרבונט ובכך משחררת CO ₂ . הגז מצטבר בבלון וגורם להתנפחותו. תיאורטית, הנפח שמגיע לבלון הוא פרופורציונאלי למספר מולקולות CO ₂ , כאמור בחוק של אבוגדרו.

עם זאת, לניסוי זה יש מגבלה: הבלון הוא גוף אלסטי; לפיכך, כאשר הקיר נמתח עקב הצטברות CO ₂ , נוצר בו כוח המתנגד למתיחתו ומנסה להפחית את נפח הבלון.

התנסה במכולות מסחריות

ניסוי המחשה נוסף לחוקו של אבוגדרו מוצג עם השימוש בפחי סודה ובקבוקי פלסטיק.

במקרה של פחי סודה מוזגים לתוכו נתרן ביקרבונט ואז מוסיפים תמיסה של חומצת לימון. התרכובות מגיבות זו עם זו ומייצרות שחרור של גז CO ₂ , המצטבר בתוך הפחית.

בהמשך, מתווסף תמיסת נתרן הידרוקסיד מרוכזת, שתפקידה "לרצף" את ה- CO ₂ . הגישה לחלק הפנימי של הפחית נסגרת במהירות באמצעות קלטת מיסוך.

לאחר זמן מסוים נציין כי הפחית מתכווצת, מה שמעיד כי נוכחותו של CO ₂ פחתה . לאחר מכן ניתן היה לחשוב שיש ירידה בנפח הפחית שמתאימה לירידה במספר מולקולות CO ₂ , על פי החוק של אבוגדרו.

בניסוי עם הבקבוק מתקיימים את אותו ההליך כמו בפחית הסודה, וכשמוסיפים את ה- NaOH נסגר את הפה של הבקבוק עם המכסה; כמו כן, נצפה כיווץ של קיר הבקבוק. כתוצאה מכך ניתן לבצע את אותה ניתוח כמו במקרה של הסודה.

דוגמאות

שלושת התמונות להלן ממחישות את מושג החוק של אבוגדרו, המתייחס לנפח שגזים תופסים ומספר המולקולות של מגיבים ומוצרים.

אוֹ

נפח הגז המימני כפול, אך הוא תופס מיכל בגודל זהה לזה של החמצן הגזי.

נ

נ

הפניות

1. ברנרד פרננדז, דוקטורט. (פברואר 2009). שתי השערות של אבוגדרו (1811). . נלקח מ: bibnum.education.fr
2. נוריה מרטינז מדינה. (5 ביולי 2012). אבוגדרו, המדען האיטלקי הגדול של המאה ה -19. נלקח מ: rtve.es
3. Muñoz R. ו- Bertomeu Sánchez JR (2003) תולדות המדע בספרי לימוד: השערתו של Avogadro, Enseñanza de las Ciencias, 21 (1), 147-161.
4. הלמנסטין, אן מארי, דוקטורט. (1 בפברואר 2018). מה החוק של אבוגדרו? נלקח מ: thoughtco.com
5. עורכי אנציקלופדיה בריטניקה. (2016, 26 באוקטובר). החוק של אבוגדרו. אנציקלופדיה בריטניקה. נלקח מ: britannica.com
6. יאנג, SP (2002). מוצרים ביתיים נהגו לקרוס מכולות קרובות ולהפגין את חוק אבוגדרו. מחנך כימיה. כרך: 7, עמודים: 37-39.
7. גלססטון, ש '(1968). מסה על כימיה פיזיקלית. 2 ^נותן Exp. עריכה אגילאר.