Закон Авогадро - Avogadro's law
Закон Авогадро (иногда называемый гипотезой Авогадро или принципом Авогадро ) или гипотеза Авогадро-Ампера - это экспериментальный газовый закон, связывающий объем газа с количеством присутствующего вещества газа. Этот закон является частным случаем закона идеального газа . Современное утверждение:
Закон Авогадро гласит, что «равные объемы всех газов при одинаковой температуре и давлении имеют одинаковое количество молекул ».
Для данной массы идеального газа объем и количество (моль) газа прямо пропорциональны, если температура и давление постоянны.
Закон назван в честь Амедео Авогадро, который в 1812 году выдвинул гипотезу о том, что два заданных образца идеального газа одинакового объема, при одинаковых температуре и давлении содержат одинаковое количество молекул. Например, равные объемы газообразного водорода и азота содержат одинаковое количество атомов, когда они находятся при одинаковой температуре и давлении, и наблюдают за поведением идеального газа . На практике реальные газы показывают небольшие отклонения от идеального поведения, и закон выполняется только приблизительно, но все же является полезным приближением для ученых.
Математическое определение
Закон можно записать так:
или же
где
- V - объем газа;
- n - количество вещества в газе (измеряется в молях );
- k - постоянная величина для заданных температуры и давления.
Этот закон описывает, как при одинаковых условиях температуры и давления равные объемы всех газов содержат одинаковое количество молекул . Для сравнения одного и того же вещества при двух различных наборах условий закон можно удобно выразить следующим образом:
Уравнение показывает, что с увеличением количества молей газа пропорционально увеличивается и объем газа. Точно так же, если количество молей газа уменьшается, то объем также уменьшается. Таким образом, количество молекул или атомов в определенном объеме идеального газа не зависит от их размера или молярной массы газа.
Вывод из закона идеального газа
Вывод закона Авогадро следует непосредственно из закона идеального газа , т. Е.
где R - газовая постоянная , T - температура Кельвина , P - давление (в паскалях ).
Решая относительно V / n , получаем
Сравните это с
которая является константой для фиксированного давления и фиксированной температуры.
Эквивалентную формулировку закона идеального газа можно записать, используя постоянную Больцмана k B , как
где N есть число частиц в газе, а отношение R над K B равно постоянная Авогадро .
В таком виде, поскольку V / N - постоянная величина, имеем
Если T и P взяты при стандартных условиях для температуры и давления (STP), то k ′ = 1 / n 0 , где n 0 - постоянная Лошмидта .
Исторический отчет и влияние
Гипотеза Авогадро (как она была изначально известна) была сформулирована в том же духе более ранних эмпирических законов газа, таких как закон Бойля (1662 г.), закон Чарльза (1787 г.) и закон Гей-Люссака (1808 г.). Гипотеза была впервые опубликована Амадео Авогадро в 1811 году и согласовала атомную теорию Дальтона с «несовместимой» идеей Джозефа Луи Гей-Люссака о том, что некоторые газы состоят из различных фундаментальных веществ (молекул) в целых пропорциях. В 1814 году, независимо от Авогадро, Андре-Мари Ампер опубликовал тот же закон с аналогичными выводами. Поскольку Ампер был более известен во Франции, гипотеза там обычно называлась гипотезой Ампера , а позже также гипотезой Авогадро-Ампера или даже гипотезой Ампера-Авогадро .
Экспериментальные исследования , проведенные Чарльз Фредерик Герхардт и Огюст Лоран по органической химии показала , что закон Авогадро объясняет , почему один и то же количество молекул в газе имеет одинаковый объем. Тем не менее, подобные эксперименты с некоторыми неорганическими веществами показали кажущиеся исключения из закона. Это очевидное противоречие было окончательно разрешено Станислао Канниццаро , как было объявлено на Конгрессе в Карлсруэ в 1860 году, через четыре года после смерти Авогадро. Он объяснил, что эти исключения были вызваны диссоциацией молекул при определенных температурах, и что закон Авогадро определяет не только молекулярные массы, но и атомные массы.
Закон идеального газа
Эмиль Клапейрон в 1834 году объединил законы Бойля, Шарля и Гей-Люссака вместе с законом Авогадро , что дало начало закону идеального газа. В конце 19-го века более поздние разработки таких ученых, как Август Крениг , Рудольф Клаузиус , Джеймс Клерк Максвелл и Людвиг Больцман , дали начало кинетической теории газов , микроскопической теории, из которой закон идеального газа может быть выведен как статистический возникают в результате движения атомов / молекул в газе.
Константа Авогадро
Закон Авогадро позволяет рассчитать количество газа в сосуде. Благодаря этому открытию Иоганн Йозеф Лошмидт в 1865 году впервые смог оценить размер молекулы. Его расчет породил концепцию постоянной Лошмидта , отношения макроскопических и атомных величин. В 1910 году Милликена падение нефти эксперимент определил заряд от электрона ; используя его с постоянной Фарадея (полученной Майклом Фарадеем в 1834 году), можно определить количество частиц в моль вещества. В то же время, прецизионные эксперименты Жан Батист Перрен привел к определению числа Авогадро как число молекул в одной грамм-молекулы из кислорода . Перрин назвал это число в честь Авогадро за его открытие закона тезки. Более поздняя стандартизация Международной системы единиц привела к современному определению постоянной Авогадро .
Молярный объем
Принимая STP равным 101,325 кПа и 273,15 К, можно найти объем одного моля газа:
Для 101,325 кПа и 273,15 К молярный объем идеального газа составляет 22,4127 дм 3 моль -1 .
Смотрите также
- Закон Бойля - соотношение между давлением и объемом в газе при постоянной температуре
- Закон Чарльза - взаимосвязь между объемом и температурой газа при постоянном давлении
- Закон Гей-Люссака - взаимосвязь между давлением и температурой газа при постоянном объеме.
- Идеальный газ - математическая модель, которая приближает поведение реальных газов.
Заметки
- ↑ Впервые использован Жан-Батистом Дюма в 1826 году.
- ↑ Впервые использован Станислао Канниццаро в 1858 году.