قانون آووگادرو

جمعه هفدهم بهمن ۱۳۹۹ - 18:43 - nali -

از ویکیپدیا، دانشنامه آزاد

قانون آووگادرو (که بعضاً به عنوان فرضیه آووگادرو یا اصل آووگادرو نیز خوانده می شود ) یا فرضیه آووگادرو-آمپر یک قانون آزمایشی گاز است که حجم گاز را به مقدار ماده گاز موجود مربوط می کند. [1] قانون مورد خاصی از قانون ایده آل گاز است . بیانیه مدرن این است:

قانون آووگادرو می گوید که "حجم برابر تمام گازها ، در دما و فشار یکسان ، تعداد مولکول های یکسانی دارند." [1]
برای جرم معینی از گاز ایده آل ، اگر دما و فشار ثابت باشد ، حجم و مقدار (مول) گاز مستقیماً متناسب است.

این قانون به نام Amedeo Avogadro نامگذاری شده است كه در سال 1812 ، [2] [3] فرض كرد كه دو نمونه داده شده از یك گاز ایده آل ، از همان حجم و در همان دما و فشار ، حاوی تعداد مولكول های مشابه هستند. به عنوان مثال ، حجم مساوی هیدروژن و نیتروژن مولکولی در یک دما و فشار یکسان حاوی تعداد مولکول هستند و رفتار گاز ایده آل را مشاهده می کنند . در عمل ، گازهای واقعی انحرافات کمی از رفتار ایده آل نشان می دهند و قانون فقط تقریباً اعمال می شود ، اما هنوز هم یک تقریب مفید برای دانشمندان است.

فهرست

تعریف ریاضی [ ویرایش ]

قانون را می توان به صورت زیر نوشت:

$V \ propto n \ ،$

یا

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

جایی که

V است حجم از گاز؛

N است مقدار ماده از گاز (در اندازه گیری مولکول های هشدار دهنده )؛

K است ثابت برای دما و فشار داده شده است.

این قانون توصیف می کند که چگونه ، تحت همان شرایط دما و فشار ، حجم مساوی تمام گازها حاوی تعداد یکسان مولکول است . برای مقایسه ماده مشابه در دو مجموعه شرایط مختلف ، قانون را می توان به صورت زیر به شرح زیر بیان کرد:

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

این معادله نشان می دهد ، با افزایش تعداد مول گاز ، حجم گاز نیز متناسب افزایش می یابد. به همین ترتیب ، اگر تعداد مول گاز کاهش یابد ، حجم نیز کاهش می یابد. بنابراین ، تعداد مولکول ها یا اتم ها در حجم خاصی از گاز ایده آل مستقل از اندازه آنها یا جرم مولی گاز است.

روابط بین بویل ، چارلز ، گیلوساک را ، در آووگادرو ، ترکیب و قوانین گاز ایده آل ، با ثابت بولتزمن K B =R/N A = n R/ن (در هر قانون ، خصوصیات دایره شده متغیر است و خصوصیات دایره نشده ثابت نگه داشته می شوند)

استنباط از قانون ایده آل گاز [ ویرایش ]

استنباط قانون آووگادرو مستقیماً از قانون ایده آل گاز ، یعنی

$PV = nRT$ ،

که در آن R است ثابت گاز ، T است درجه حرارت کلوین ، و P فشار (در پاسکال ).

برای V / n حل می کنیم ، بنابراین بدست می آوریم

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

مقایسه کنید با

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

که یک ثابت برای یک فشار ثابت و یک درجه حرارت ثابت است.

یک فرمول معادل از قانون گاز ایده آل را می توان با استفاده از ثابت بولتزمن k B نوشت ، به عنوان مثال

${\ displaystyle PV = Nk _ {\ rm {B}} T}$ ،

که در آن N تعداد ذرات موجود در گاز، و نسبت است R بیش از K B به برابر است عدد آووگادرو .

در این فرم ، برای V / N یک ثابت است ، ما داریم

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

اگر T و P در نظر گرفته شرایط استاندارد دما و فشار (STP)، سپس ک '= 1 / N 0 ، که در آن N 0 است ثابت لوشمیت .

گزارش و تأثیر تاریخی [ ویرایش ]

فرضیه آووگادرو (همانطور که در ابتدا شناخته شده بود) در همان روح قوانین تجربی قبلی مانند قانون بویل (1662) ، قانون چارلز (1787) و گای لوساک (1808) تدوین شده است . این فرضیه برای اولین بار توسط آمادئو آووگادرو در سال 1811 منتشر شد [4] و آن تئوری اتمی دالتون را با ایده "ناسازگار" جوزف لوئیس گی لوساک که برخی گازها از مواد مختلف بنیادی (مولکول) به نسبت صحیح ترکیب شده اند ، سازگار کرد . [5] در سال 1814 ، آندره ماری آمپر ، مستقل از آووگادرو ، قانون مشابهی را با نتیجه گیری مشابه منتشر کرد. [6]به عنوان قانون آمپر بیشتر به خوبی در فرانسه شناخته شده بود، فرضیه معمولا به عنوان ارجاع شد فرضیه آمپر ، [تبصره 1] و بعد از آن نیز به عنوان آووگادرو-آمپر فرضیه [توجه داشته باشید 2] و یا حتی فرضیه آمپر-آووگادرو . [7]

مطالعات تجربی انجام شده توسط چارلز فردریک گرهارد و آگوست لوران در مورد شیمی آلی نشان داد که قانون آووگادرو توضیح داده است که چرا مقادیر یکسان از مولکول ها در یک گاز دارای همان حجم هستند. با این وجود ، آزمایشات مرتبط با برخی از مواد معدنی استثناهای ظاهری این قانون را نشان داد. این تناقض آشکار سرانجام توسط استانیسلاو کنیززارو برطرف شد ، همانطور که در کنگره کارلسروهه در سال 1860 ، چهار سال پس از مرگ آووگادرو اعلام شد. وی توضیح داد که این استثناها به دلیل تجزیه مولکولی در دماهای خاص است و قانون آووگادرو نه تنها جرم های مولکولی ، بلکه جرم های اتمی را نیز تعیین می کند.

قانون ایده آل گاز [ ویرایش ]

قوانین بویل ، چارلز و گی لوساک ، همراه با قانون آووگادرو ، توسط امیل کلپایرون در سال 1834 ترکیب شد [8] و باعث ایجاد قانون ایده آل گاز شد. در اواخر قرن نوزدهم ، تحولات بعدی دانشمندان مانند آگوست کرونیگ ، رودولف کلاوزیوس ، جیمز کلرک مکسول و لودویگ بولتزمن باعث ایجاد نظریه جنبشی گازها شد ، نظریه ای میکروسکوپی که می توان از آن به عنوان آماری قانون ایده آل گاز را استخراج کرد. نتیجه حرکت اتمها / مولکولها در یک گاز است.

ثابت آووگادرو [ ویرایش ]

قانون آووگادرو راهی برای محاسبه مقدار گاز در یک ظرف دارد. به لطف این کشف ، یوهان یوزف لوشمیت ، در سال 1865 ، برای اولین بار توانست اندازه یک مولکول را تخمین بزند. [9] محاسبه وی باعث ایجاد مفهوم ثابت لوشمیت ، نسبت بین مقادیر ماکروسکوپی و اتمی شد. در سال 1910، میلیکان را آزمایش قطره روغن تعیین مسئول از الکترون ؛ با استفاده از آن با ثابت فارادی (مشتق شده توسط مایکل فارادی در سال 1834) ، فرد قادر به تعیین تعداد ذرات در یک مول ماده است. در همان زمان ، آزمایش های دقیق توسطژان باپتیست پرن به تعریف عدد آووگادرو به عنوان تعدادی از مولکول در یک رهبری ملکول گرم از اکسیژن . پرین این شماره را به افتخار آووگادرو به خاطر کشف قانون نام آور نامگذاری کرد. بعداً استاندارد سازی سیستم بین المللی واحدها منجر به تعریف جدیدی از ثابت Avogadro شد .

حجم مولی [ ویرایش ]

مقاله اصلی: حجم مولار

با در نظر گرفتن STP برابر 101.325 kPa و 273.15 K ، می توان حجم یک مول گاز را پیدا کرد:

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

برای 101.325 kPa و 273.15 K ، حجم مولی یک گاز ایده آل 22.4127 dm 3 olmol -1 است .

همچنین به [ ویرایش ] مراجعه کنید

قانون بویل - رابطه بین فشار و حجم گاز در دمای ثابت
قانون چارلز - رابطه بین حجم و دمای گاز در فشار ثابت
قانون گی لوساک - رابطه فشار و دمای گاز در حجم ثابت.
گاز ایده آل - مدل ریاضی که رفتار گازهای واقعی را تقریبی می کند

منبع

https://en.wikipedia.org/wiki/Avogadro%27s_law

یادداشت

این مجموعه یادداشت های من است