Закон Авогадроса - Avogadros law - Wikipedia

Закон Авогадро (иногда называют Гипотеза Авогадро или же Принцип Авогадро) является экспериментальным газовое право относящийся к объем газа в количество вещества присутствующего газа.^[1] Закон - это частный случай закон идеального газа. Современное утверждение:

Закон Авогадро гласит, что «равные объемы всех газов при одинаковой температуре и давлении содержат одинаковое количество молекул».^[1]

Для данной массы идеальный газ, объем и количество (моль) газа прямо пропорциональны, если температура и давление постоянны.

Закон назван в честь Амедео Авогадро который в 1812 г.^[2][3] выдвинул гипотезу, что два заданных образца идеального газа одинакового объема, при одинаковых температуре и давлении содержат одинаковое количество молекул. Например, равные объемы молекулярных водород и азот содержат одинаковое количество молекул, когда они находятся при одинаковой температуре и давлении, и наблюдают идеальный газ поведение. На практике реальные газы показывают небольшие отклонения от идеального поведения, и закон выполняется только приблизительно, но по-прежнему является полезным приближением для ученых.

Математическое определение

Закон можно записать так:

${\displaystyle V\propto n\,}$

или же

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

куда

V это объем газа;

п это количество вещества газа (измеряется в родинки );

k это постоянный для заданной температуры и давления.

Этот закон описывает, как при тех же условиях температура и давление, равный тома из всех газы содержат такое же количество молекулы. Для сравнения одного и того же вещества при двух различных наборах условий закон можно удобно выразить следующим образом:

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

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 молярная масса газа.

Отношения между Бойля, Чарльза, Гей-Люссака, Авогадро, комбинированный и законы идеального газа, с Постоянная Больцмана k_B = р/N_А = п R/N  (в каждом законе характеристики обведены переменные, а свойства, не обведенные кружком, остаются постоянными)

Вывод из закона идеального газа

Вывод закона Авогадро следует непосредственно из закон идеального газа, т.е.

${\displaystyle PV=nRT}$,

куда р это газовая постоянная, Т это Температура Кельвина, и п давление (в паскали ).

Решение для В / н, получаем

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

Сравните это с

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

которая является постоянной при фиксированном давлении и фиксированной температуре.

Эквивалентную формулировку закона идеального газа можно записать с помощью Постоянная Больцмана k_B, так как

${\displaystyle PV=Nk_{\rm {B}}T}$,

куда N - количество частиц в газе, а отношение р над k_B равно Константа Авогадро.

В таком виде для V/N константа, мы имеем

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

Если Т и п принимаются в стандартные условия по температуре и давлению (STP), то k′ = 1/п₀, куда п₀ это Постоянная лошмидта.

Исторический отчет и влияние

Гипотеза Авогадро (как это было известно изначально) был сформулирован в том же духе более ранних эмпирических законов газа, таких как Закон Бойля (1662), Закон Чарльза (1787 г.) и Закон Гей-Люссака (1808). Гипотеза была впервые опубликована Амадео Авогадро в 1811 году.^[4] и это примирило Атомная теория Дальтона с "несовместимой" идеей Жозеф Луи Гей-Люссак что некоторые газы состоят из различных основных веществ (молекул) в целых пропорциях.^[5] В 1814 году независимо от Авогадро Андре-Мари Ампер опубликовал тот же закон с аналогичными выводами.^[6] Поскольку Ампер был более известен во Франции, гипотеза там обычно называлась Гипотеза Ампера,^{[примечание 1]} а позже также как Гипотеза Авогадро – Ампера^{[заметка 2]} или даже Гипотеза Ампера – Авогадро.^[7]

Экспериментальные исследования, проведенные Шарль Фредерик Герхард и Огюст Лоран на органическая химия продемонстрировали, что закон Авогадро объясняет, почему одни и те же количества молекул в газе имеют одинаковый объем. Тем не менее, подобные эксперименты с некоторыми неорганическими веществами показали кажущиеся исключения из закона. Это кажущееся противоречие было окончательно разрешено Станислао Канниццаро, как было объявлено на Карлсруэ Конгресс 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

Законы Бойля, Шарля и Гей-Люссака вместе с законом Авогадро были объединены Эмиль Клапейрон в 1834 г.,^[8] приводя к закону идеального газа. В конце 19 века более поздние разработки ученых, таких как Август Крёниг, Рудольф Клаузиус, Джеймс Клерк Максвелл и Людвиг Больцманн, дала начало кинетическая теория газов, микроскопическая теория, из которой закон идеального газа может быть получен как статистический результат движения атомов / молекул в газе.

Константа Авогадро

Закон Авогадро позволяет рассчитать количество газа в резервуаре. Благодаря этому открытию, Иоганн Йозеф Лошмидт в 1865 г. впервые смог оценить размер молекулы.^[9] Его расчет породил концепцию Постоянная лошмидта, соотношение макроскопических и атомных величин. В 1910 г. Милликена эксперимент с каплей масла определил обвинять из электрон; используя его с Постоянная Фарадея (получено Майкл Фарадей в 1834 г.), можно определить количество частиц в крот вещества. В то же время прецизионные эксперименты Жан Батист Перрен привело к определению числа Авогадро как количества молекул в одной грамм-молекула из кислород. Перрин назвал это число в честь Авогадро за его открытие закона тезки. Позже стандартизация Международная система единиц привело к современному определению Константа Авогадро.

Молярный объем

Основная статья: Молярный объем

Принимая STP равным 101,325кПа и 273,15 К, можно найти объем одного моля газа:

${\displaystyle V_{\rm {m}}={\frac {V}{n}}={\frac {RT}{P}}={\frac {(8.314{\text{ kJ}}\cdot {\text{mol}}^{-1}\mathrm {K} ^{-1})(273.15{\text{ K}})}{101.325{\text{ kPa}}}}=22.41{\text{ dm}}^{3}{\text{ mol}}^{-1}=22.41{\text{ liters}}/{\text{mol}}}$

Для 101,325 кПа и 273,15 К молярный объем идеального газа составляет 22,4127 дм3.³⋅mol⁻¹.

Смотрите также

• Закон Бойля - Соотношение между давлением и объемом в газе при постоянной температуре
• Закон Чарльза - Связь между объемом и температурой газа при постоянном давлении
• Закон Гей-Люссака - Связь между давлением и температурой газа при постоянном объеме.
• Идеальный газ - Математическая модель, которая приближает поведение реальных газов

Примечания

1. Впервые использовано Жан-Батист Дюма в 1826 г.
2. Впервые использовано Станислао Канниццаро в 1858 г.

Рекомендации

1. Редакторы Encyclop Britdia Britannica. «Закон Авогадро». Британская энциклопедия. Получено 3 февраля 2016.
2. Авогадро, Амедео (1810). "Essai d'une manière de déterminer les masses родственников des molécules élémentaires des corps, et les proportions selon lesquelles elles entrent dans ces combinaisons". Journal de Physique. 73: 58–76. английский перевод
3. «Закон Авогадро». Мерриам-Вебстер Медицинский словарь. Получено 3 февраля 2016.
4. Авогадро, Амадео (июль 1811 г.). "Essai d'une maniere determiner les родственные массы молекул elementaires des corps, et les пропорции selon lesquelles elles entrent dans ces combinaisons". Journal de Physique, de Chimie, et d'Histoire Naturelle (На французском). 73: 58–76.
5. Ровняк, Давид. «Гипотеза Авогадро». Мир науки Вольфрам. Получено 3 февраля 2016.
6. Ампер, Андре-Мари (1814 г.). "Lettre de M. Ampère à M. le comte Berthollet sur la détermination des sizes dans lesquelles les corps se combinent d'après le nombre et la disposition relative des molécules dont les party intégrantes sont composées". Annales de Chimie (На французском). 90 (1): 43–86.
7. Шайдекер-Шевалье, Мириам (1997). "Гипотеза д'Авогадро (1811 г.) и д'Ампер (1814 г.): различие между атомом / молекулой и теорией химического комбайна". Revue d'Histoire des Sciences (На французском). 50 (1/2): 159–194. Дои:10.3406 / справа.1997.1277. JSTOR  23633274.
8. Клапейрон, Эмиль (1834). "Mémoire sur la puissance motrice de la chaleur". Journal de l'École Polytechnique (На французском). XIV: 153–190.
9. Лошмидт, Дж. (1865). "Zur Grösse der Luftmoleküle". Sitzungsberichte der Kaiserlichen Akademie der Wissenschaften Wien. 52 (2): 395–413. английский перевод.