Avogadros lov

Avogadros lov (noen ganger kalt Avogadros hypotese eller Avogadros prinsipp ) eller Avogadro-Ampère-hypotesen er en eksperimentell gasslov som relaterer volumet til en gass til mengden stoff i gassen som er tilstede. [ 1 ] Loven er et spesifikt tilfelle av den ideelle gassloven . Et moderne utsagn er:

Avogadros lov sier at "like volumer av alle gasser, ved samme temperatur og trykk , har samme antall molekyler ". [ 1 ] For en gitt masse av en ideell gass er volumet og mengden (mol) av gassen direkte proporsjonale hvis temperaturen og trykket er konstant.

Loven er oppkalt etter Amedeo Avogadro som i 1812 [ 2 ] [ 3 ] antok at to gitte prøver av en ideell gass, med samme volum og med samme temperatur og trykk, inneholder samme antall molekyler. Som et eksempel inneholder like volumer gassformig hydrogen og nitrogen det samme antall atomer når de har samme temperatur og trykk, og observerer ideell gassoppførsel . I praksis viser ekte gasser små avvik fra ideell atferd og loven er bare tilnærmet oppfylt, men det er fortsatt en nyttig tilnærming for forskere.

Matematisk definisjon

Loven kan skrives slik:

V\proper n

enten

{\frac {V}{n}}=k

hvor

V er volumet av gassen
n er mengden stoff i gassen (målt i mol )
k er en konstant for en gitt temperatur og trykk

Denne loven beskriver hvordan, under samme temperatur- og trykkforhold , like store volumer av alle gasser inneholder samme antall molekyler . For å sammenligne det samme stoffet under to forskjellige sett med betingelser, kan loven med fordel uttrykkes som følger:

{\frac {V_{1}}{n_{1}}}={\frac {V_{2}}{n_{2}}}

Ligningen viser at når antall mol gass øker, øker også volumet av gassen proporsjonalt. På samme måte, hvis antall mol gass reduseres, reduseres volumet også. Dermed er antallet molekyler eller atomer i et spesifikt volum av ideell gass uavhengig av størrelsen eller den molare massen til gassen.

Utledning av den ideelle gassloven

Utledningen av Avogadros lov følger direkte av den ideelle gassloven , dvs.

PV=nRT,

der R er gasskonstanten , T er Kelvin-temperaturen , og P er trykket (i pascal ).

{\frac {V}{n}}={\frac {RT}{P}}.

Sammenlign det med

k={\frac {RT}{P}}

som er en konstant for et fast trykk og en fast temperatur.

En ekvivalent formulering av den ideelle gassloven kan skrives ved å bruke Boltzmanns konstant kB , som

PV=Nk_{\text{B}}T,

hvor N er antall partikler i gassen, og forholdet mellom R over kB er lik Avogadros konstant .

Derfor, for V/N er en konstant, har vi

{\frac {V}{N}}=k'={\frac {k_{\text{B}}T}{P}}.

Hvis T og P tas ved standard temperatur- og trykkforhold (STP), så er k ′ = 1/ n 0 , hvor n 0 er Loschmidts konstant .

Historisk beretning og innflytelse

Avogadros hypotese (som den opprinnelig ble kjent) ble formulert i samme ånd som tidligere empiriske gasslover, som Boyles lov (1662), Charles lov (1787) og Gay-Lussacs lov (1808). Hypotesen ble først publisert av Amadeo Avogadro i 1811, [ 4 ] og forenet Daltons atomteori med Joseph Louis Gay-Lussacs "uforenlige" idé om at noen gasser var sammensatt av forskjellige grunnleggende stoffer (molekyler) i hele proporsjoner. [ 5 ] I 1814 publiserte André-Marie Ampère , uavhengig av Avogadro, den samme loven med lignende konklusjoner. [ 6 ] Ettersom Ampère var bedre kjent i Frankrike, ble hypotesen generelt referert til der som Ampère-hypotesen , [ note 1 ] og senere også som Avogadro-Ampère-hypotesen [ note 2 ] eller til og med hypotesen om Ampere-Avogadro . [ 7 ]

Eksperimentelle studier av Charles Frédéric Gerhardt og Auguste Laurent på organisk kjemi viste at Avogadros lov forklarte hvorfor samme antall molekyler i en gass har samme volum. Forsøk med enkelte uorganiske stoffer viste imidlertid tilsynelatende unntak fra loven. Denne tilsynelatende motsetningen ble til slutt løst av Stanislao Cannizzaro , som han kunngjorde på Karlsruhe-kongressen i 1860, fire år etter Avogadros død. Han forklarte at disse unntakene skyldtes molekylære dissosiasjoner ved visse temperaturer, og at Avogadros lov bestemte ikke bare molekylmasser, men også atommasser.

Ideell gasslov

Boyles, Charles og Gay-Lussacs lover, sammen med Avogadros lov, ble kombinert av Émile Clapeyron i 1834, [ 8 ] og ga opphav til den ideelle gassloven. På slutten av 1800-tallet ga videre utviklinger av forskere som August Krönig , Rudolf Clausius , James Clerk Maxwell og Ludwig Boltzmann opphav til den kinetiske teorien om gasser , en mikroskopisk teori som den ideelle gassloven kan utledes fra som en statistikk. , de skyldes bevegelse av atomer/molekyler i en gass.

Avogadros konstante

Avogadros lov gir en måte å beregne mengden gass i en beholder. Takket være denne oppdagelsen var Johann Josef Loschmidt i 1865 i stand til å anslå størrelsen på et molekyl for første gang. [ 9 ] Hans beregning ga opphav til begrepet Loschmidts konstant , et forhold mellom makroskopiske og atomære størrelser. I 1910 bestemte Millikans oljedråpeeksperiment ladningen til elektronet ; Ved å bruke den med Faradays konstant (utledet av Michael Faraday i 1834), kan man bestemme antall partikler i en mol stoff. Samtidig førte Jean-Baptiste Perrins presisjonsforsøk til definisjonen av Avogadros tall som antall molekyler i et gram -molekyl av oksygen . Perrin oppkalte nummeret etter Avogadro for hans oppdagelse av loven med samme navn. Senere standardisering av International System of Units førte til den moderne definisjonen av Avogadros konstant .

Molar volum

Ved å ta STP til å være 101 325 kPa og 273,15 K, kan vi finne volumet av ett mol gass:

V_{\rm {m}}={\frac {V}{n}}={\frac {RT}{P}}\approx {\frac {8.314{\text{ J}}{\text { mol}}^{-1}{\text{ K}}^{-1}\ ganger 273.15{\text{ K}}}{101.325{\text{ kPa}}}}\ca. 22.41{\text{ dm}}^{3}{\text{ mol}}^{-1}=22,41{\text{ liter/mol}}

For 101.325 kPa og 273.15 K er molvolumet til en ideell gass 22.4127 dm 3 mol −1 .

Se også

Boyles lov -
Charles's Law - Charles's Law er en eksperimentell gasslov som beskriver hvordan gasser har en tendens til å utvide seg når de varmes opp.
Gay-Lussacs lov - forholdet mellom trykk og temperatur til en gass ved konstant volum.
Ideell gass - teoretisk gass sammensatt av et sett med punktpartikler med tilfeldig forskyvning som ikke samhandler med hverandre

Notater

^ Først brukt av Jean-Baptiste Dumas i 1826.
^ Først brukt av Stanislao Cannizzaro i 1858.

Referanser

↑ a b Redaktører av Encyclopædia Britannica. Avogadros lov . Encyclopædia Britannica . Hentet 3. februar 2016 .
↑ Avogadro, Amédeo (1810). «Essai d'une manière de determiner les masses relatives des molecules elementales des corps, et les proporsjoner selon lesquelles elles entrent dans ces combinaisons» . Journal of Physique 73 : 58-76. engelsk oversettelse
^ "Avogadros lov" . Merriam-Webster Medical Dictionary . Hentet 3. februar 2016 .
↑ Avogadro, Amadeo (juli 1811). «Essai d'une maniere determinar les masses relatives de molecules elementalaires des corps, et les proporsjoner selon lesquelles elles entrent dans ces combinaisons». Journal de Physique, de Chimie, et d'Histoire Naturelle (på fransk) 73 : 58-76.
↑ Rovnyak, David. "Avogadros hypotese" . Science World Wolfram . Hentet 3. februar 2016 .
^ Ampère, André-Marie (1814). «Lettre de M. Ampère à M. le comte Berthollet sur la détermination des proporsjoner dans lesquelles les corps se combinant d'après le nombre et la disposition respective des molecules dont les intégrantes sont composées». Annales de Chimie (på fransk) 90 (1): 43-86.
^ Scheidecker-Chevallier, Myriam (1997). "L'hypothèse d'Avogadro (1811) et d'Ampère (1814): la distinksjonsatom/molekyl et la théorie de la combinaison chimique" . Revue d'Histoire des Sciences (på fransk) 50 (1/2): 159-194. doi : 10.3406/rhs.1997.1277 .
^ Clapeyron, Emile (1834). "Memoire sur la puissance motrice de la chaleur" . Journal de l'École Polytechnique (på fransk) XIV : 153-190.
^ Loschmidt, J. (1865). "Zur Grösse der Luftmoleküle". Sitzungsberichte der Kaiserlichen Akademie der Wissenschaften Wien 52 (2): 395-413. Spansk oversettelse .