Legge Avogadro in cosa consiste, unità di misura, esperimento Avogadro

il La legge di Avogadro Postula che un uguale volume di tutti i gas, alla stessa temperatura e pressione, abbia lo stesso numero di molecole. Amadeo Avogadro, fisico italiano, propose nel 1811 due ipotesi: la prima afferma che gli atomi dei gas elementali sono insieme nelle molecole invece di esistere come atomi separati, come diceva John Dalton.

La seconda ipotesi afferma che volumi uguali di gas a pressione e temperatura costanti hanno lo stesso numero di molecole. L'ipotesi di Avogadro relativa al numero di molecole di gas, non fu accettata fino al 1858, quando il chimico italiano Stanislao Cannizaro costruì un sistema logico di chimica basato su di esso.

Quanto segue può essere dedotto dalla legge di Avogadro: per una data massa di un gas ideale, il suo volume e la quantità di molecole sono direttamente proporzionali se la temperatura e la pressione sono costanti. Ciò implica anche che il volume molare dei gas che si comportano idealmente è lo stesso per tutti.

Ad esempio, dato un numero di palloncini, etichettati dalla A alla Z, sono tutti riempiti fino a un volume di 5 litri. Ogni lettera corrisponde a una diversa specie gassosa; cioè, le loro molecole hanno le loro caratteristiche. La legge di Avogadro afferma che tutti i globi presentano la stessa quantità di molecole.

Se ora i palloncini sono gonfiati a 10 litri, secondo l'ipotesi di Avogadro avremo introdotto il doppio della quantità di moli di gas iniziali.

indice

• 1 In cosa consiste e unità di misura
  • 1.1 Deduzione del valore di R quando espresso in L · atm / K · mol
• 2 Forma abituale della legge di Avogadro
• 3 Conseguenze e implicazioni
• 4 origini
  • 4.1 Ipotesi di Avogadro
  • 4.2 Numero di Avogadro
• 5 esperimento Avogadro
  • 5.1 Esperimento con contenitori commerciali
• 6 esempi
  • 6.1 O2 + 2H2 => 2H2O
  • 6.2 N2 + 3H2 => 2NH3
  • 6.3 N2 + O2 => 2NO
• 7 riferimenti

In cosa consiste e unità di misura

La legge di Avogadro afferma che, per una massa di un gas ideale, il volume del gas e il numero di moli sono direttamente proporzionali se la temperatura e la pressione sono costanti. Matematicamente può essere espresso con la seguente equazione:

V / n = K

V = volume del gas, solitamente espresso in litri.

n = quantità della sostanza misurata in moli.

Inoltre, la cosiddetta legge dei gas ideali ha il seguente:

PV = nRT

P = la pressione del gas è solitamente espressa in atmosfere (atm), in mm di mercurio (mmHg) o in Pascal (Pa).

V = il volume del gas espresso in litri (L).

n = numero di moli.

T = la temperatura del gas espressa in gradi Celsius, gradi Fahrenheit o in gradi Kelvin (0 ºC equivale a 273,15K).

R = la costante universale dei gas ideali, che può essere espressa in più unità, tra le quali spiccano le seguenti: 0.08205 L · atm / K.mol (L · atm K^-1.mol^-1); 8.314 J / K.mol (J.K^-1.mol^-1) (J è joule); e 1,987 cal / Kmol (cal.K^-1.mol^-1) (calce è calorie).

Detrazione del valore di R quando espresso in L· ATM / K· Mol

Il volume occupato da una mole di gas in un'atmosfera di pressione e 0 ° C equivalente a 273 K è pari a 22.414 litri.

R = PV / T

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

R = 0,082 L · atm / mol.K

L'equazione dei gas ideali (PV = nRT) può essere scritta come segue:

V / n = RT / P

Supponendo che la temperatura e la pressione siano costanti, perché R è una costante, quindi:

RT / P = K

allora:

V / n = K

Questa è una conseguenza della legge di Avogadro: l'esistenza di una relazione costante tra il volume occupato da un gas ideale e il numero di moli di quel gas, per una temperatura e una pressione costanti.

Forma tipica della legge di Avogadro

Se hai due gas, l'equazione sopra riportata si trasforma in:

V₁/ n₁= V₂/ n₂

Questa espressione è anche scritta come:

V₁/ V₂= n₁/ n₂

Quanto sopra mostra la relazione di proporzionalità indicata.

Nella sua ipotesi, Avogadro ha sottolineato che due gas ideali nello stesso volume e alla stessa temperatura e pressione contengono un numero uguale di molecole.

Per estensione, la stessa cosa accade con i gas reali; per esempio, un uguale volume di O₂ e N₂ Contiene lo stesso numero di molecole quando è alla stessa temperatura e pressione.

I gas reali mostrano piccole deviazioni dal comportamento ideale. Tuttavia, la legge di Avogadro è approssimativamente valida per i gas reali a una pressione sufficientemente bassa e ad alte temperature.

Conseguenze e implicazioni

La conseguenza più significativa della legge di Avogadro è che la costante R per i gas ideali ha lo stesso valore per tutti i gas.

R = PV / nT

Quindi, se R è costante per due gas:

P₁V₁/ nT₁= P₂V₂/ n₂T₂ = costante

I suffissi 1 e 2 rappresentano due diversi gas ideali. La conclusione è che la costante dei gas ideali per 1 mole di gas è indipendente dalla natura del gas. Quindi, il volume occupato da questa quantità di gas ad una data temperatura e pressione sarà sempre lo stesso.

Una conseguenza dell'applicazione della legge di Avogadro è la constatazione che 1 mole di gas occupa un volume di 22.414 litri ad una pressione di 1 atmosfera e ad una temperatura di 0ºC (273 K).

Un'altra conseguenza ovvia è la seguente: se la pressione e la temperatura sono costanti, quando la quantità di gas aumenta, anche il suo volume aumenterà.

inizio

Nel 1811 Avogadro presentò la sua ipotesi basata sulla teoria atomica di Dalton e sulla legge di Gay-Lussac sui vettori di moto delle molecole.

Nel 1809 Gay-Lussac concluse che "i gas, indipendentemente dalle proporzioni in cui possono essere combinati, danno sempre origine a composti i cui elementi misurati in volume sono sempre multipli di un altro".

Lo stesso autore ha anche mostrato che "le combinazioni di gas avvengono sempre in base a relazioni molto semplici in volume".

Avogadro ha sottolineato che le reazioni chimiche in fase gassosa coinvolgono specie molecolari di reagenti e prodotti.

Secondo questa affermazione, la relazione tra le molecole di reagenti e prodotti deve essere trattata come un numero intero, poiché l'esistenza di rottura dei legami prima della reazione (singoli atomi) non è probabile. Tuttavia, le quantità molari possono essere espresse con valori frazionari.

Da parte sua, la legge dei volumi combinati afferma che la relazione numerica tra i volumi gassosi è anche semplice e completa. Ciò si traduce in un'associazione diretta tra i volumi e il numero di molecole delle specie gassose.

Ipotesi di Avogadro

Avogadro propose che le molecole dei gas fossero diatomiche. Questo ha spiegato come due volumi di idrogeno molecolare si combinino con un volume di ossigeno molecolare per dare due volumi di acqua.

Inoltre, Avogadro ha proposto che se gli uguali volumi di gas contenessero lo stesso numero di particelle, la relazione tra le densità dei gas dovrebbe essere uguale alla relazione tra le masse molecolari di queste particelle.

Ovviamente, dividendo d1 tra d2 origina il quoziente m1 / m2, poiché il volume occupato dalle masse gassose è lo stesso per entrambe le specie e viene cancellato:

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

d1 / d2 = m1 / m2

Il numero di Avogadro

Una talpa contiene 6.022 x 10²³ molecole o atomi. Questa cifra è chiamata numero di Avogadro, anche se non è stato lui a calcolarlo. Jean Pierre, premio Nobel del 1926, fece le misure corrispondenti e suggerì il nome in onore di Avogadro.

Esperimento Avogadro

Una semplice dimostrazione della legge di Avogadro è quella di posizionare l'acido acetico in una bottiglia di vetro e quindi aggiungere bicarbonato di sodio, chiudendo la bocca della bottiglia con un palloncino che impedisce l'ingresso o l'uscita di un gas all'interno della bottiglia .

L'acido acetico reagisce con il bicarbonato di sodio, producendo così il rilascio di CO₂. Il gas si accumula nel pallone causandone l'inflazione. Teoricamente, il volume raggiunto dal palloncino è proporzionale al numero di molecole di CO₂, come proposto dalla legge di Avogadro.

Tuttavia, questo esperimento ha una limitazione: il pallone è un corpo elastico; quindi, quando la tua parete è distesa dall'accumulo di CO₂, genera una forza che si oppone al suo rilassamento e cerca di ridurre il volume del globo.

Sperimenta con contenitori commerciali

Un altro esperimento illustrativo della legge di Avogadro è presentato con l'uso di lattine di soda e bottiglie di plastica.

Nel caso delle lattine di soda, si versa all'interno del bicarbonato di sodio e si aggiunge una soluzione di acido citrico. I composti reagiscono tra loro producendo il rilascio di gas CO₂, che si accumula all'interno della lattina.

Quindi viene aggiunta una soluzione concentrata di idrossido di sodio, che ha la funzione di "sequestrare" il CO₂. Quindi l'accesso all'interno della lattina viene rapidamente chiuso con l'uso di nastro adesivo.

Dopo un certo tempo si osserva che la lattina è contratta, indicando che la presenza di CO è diminuita₂. Quindi, si potrebbe pensare che ci sia una diminuzione del volume della lattina che corrisponde ad una diminuzione del numero di molecole di CO₂, in conformità con la legge di Avogadro.

Nell'esperimento con la bottiglia viene seguita la stessa procedura della lattina di soda e quando si aggiunge la NaOH si chiude la bocca della bottiglia con il coperchio; allo stesso modo, si osserva una contrazione della parete della bottiglia. Di conseguenza, la stessa analisi può essere eseguita come nel caso della lattina di soda.

Esempi

Le tre immagini seguenti illustrano il concetto di legge di Avogadro, che riguarda il volume occupato dai gas e il numero di molecole di reagenti e prodotti.

O₂ + 2H₂ => 2H₂O

Il volume di idrogeno gassoso è doppio, ma occupa un contenitore della stessa dimensione di quello dell'ossigeno gassoso.

N₂ + 3H₂ => 2NH₃

N₂ + O₂ => 2NO

riferimenti

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2. Nuria Martínez Medina. (5 luglio 2012).Avogadro, il grande scienziato italiano del diciannovesimo secolo. Tratto da: rtve.es
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7. Glasstone, S. (1968). Trattato di chimica fisica. 2^da Edic. Editoriale Aguilar.