قانون أفوجادرو: وحدات القياس والتجربة - كيمياء - 2025

و قانون أفوجادرو افترض أن حجم مساو من جميع الغازات، على أن نفس درجة الحرارة والضغط، لديه نفس العدد من الجزيئات. اقترح أماديو أفوجادرو ، الفيزيائي الإيطالي ، فرضيتين في عام 1811: الأولى تقول أن ذرات الغازات الأولية تتجمع معًا في جزيئات بدلاً من وجودها كذرات منفصلة ، كما قال جون دالتون.

تقول الفرضية الثانية أن الأحجام المتساوية من الغازات عند ضغط ودرجة حرارة ثابتة لها نفس عدد الجزيئات. لم يتم قبول فرضية أفوجادرو المتعلقة بعدد الجزيئات في الغازات حتى عام 1858 ، عندما بنى الكيميائي الإيطالي ستانيسلاو كانيزارو نظامًا منطقيًا للكيمياء قائمًا عليه.

يمكن استنتاج ما يلي من قانون أفوجادرو: بالنسبة لكتلة معينة من غاز مثالي ، يتناسب حجمه وعدد الجزيئات بشكل مباشر إذا كانت درجة الحرارة والضغط ثابتًا. هذا يعني أيضًا أن الحجم المولي للغازات التي تتصرف بشكل مثالي هو نفسه للجميع.

على سبيل المثال ، بالنظر إلى عدد من البالونات ، المسمى من A إلى Z ، يتم ملؤها جميعًا حتى يتم تضخيمها إلى حجم 5 لترات. كل حرف يتوافق مع نوع غازي مختلف ؛ أي أن جزيئاتها لها خصائصها الخاصة. ينص قانون أفوجادرو على أن جميع البالونات تحتوي على نفس العدد من الجزيئات.

إذا تم تضخيم البالونات الآن إلى 10 لترات ، وفقًا لفرضيات أفوجادرو ، فسيتم إدخال ضعف عدد الشامات الغازية الأولية.

ما تتكون منه ووحدات القياس

ينص قانون أفوجادرو على أنه بالنسبة لكتلة غاز مثالي ، يكون حجم الغاز وعدد المولات متناسبًا طرديًا إذا كانت درجة الحرارة والضغط ثابتًا. رياضيا يمكن التعبير عنها بالمعادلة التالية:

الخامس / ن = ك

V = حجم الغاز ، معبرًا عنه عمومًا باللترات.

n = كمية المادة المقاسة بالمولات.

أيضًا ، من ما يسمى بقانون الغاز المثالي ، لدينا ما يلي:

PV = nRT

P = ضغط الغاز يُعبَّر عنه عادةً في الغلاف الجوي (atm) أو ملم زئبق (مم زئبق) أو باسكال (Pa).

V = حجم الغاز المعبر عنه باللترات (L).

ن = عدد الشامات.

T = درجة حرارة الغاز معبرًا عنها بالدرجات المئوية أو درجة فهرنهايت أو بالدرجات الكلفينية (0 درجة مئوية تساوي 273.15 كلفن).

R = الثابت العالمي للغازات المثالية ، والذي يمكن التعبير عنه بوحدات مختلفة ، من بينها ما يلي: 0.08205 L · atm / K.mol (L · atm K ^-1.mol ^-1) ؛ 8.314 J / K. مول (JK ^-1.mol ^-1) (J هو جول)؛ و 1.987 كالوري / كمول (كالوري ك - ¹ مول ^-1) (كالوري كالوري).

خصم قيمة R عند التعبير عنها في L.

الحجم الذي يشغله مول من الغاز في جو من الضغط و 0 درجة مئوية ما يعادل 273 كلفن هو 22.414 لترًا.

R = PV / T.

R = 1 atm x 22،414 (L / mol) / (273 ºK)

R = 0.082 لترًا atm / mol.K

يمكن كتابة معادلة الغاز المثالية (PV = nRT) على النحو التالي:

V / n = RT / P.

إذا كان من المفترض أن تكون درجة الحرارة والضغط ثابتين ، لأن R ثابت ، إذن:

RT / P = K.

ثم:

الخامس / ن = ك

هذا نتيجة لقانون أفوجادرو: وجود علاقة ثابتة بين الحجم الذي يشغله الغاز المثالي وعدد مولات ذلك الغاز ، من أجل ثبات درجة الحرارة والضغط.

الشكل المعتاد لقانون أفوجادرو

إذا كان لديك غازان ، تصبح المعادلة السابقة كما يلي:

V ₁ / ن ₁ = V ₂ / ن ₂

هذا التعبير مكتوب أيضًا على النحو التالي:

V ₁ / V ₂ = ن ₁ / ن ₂

ما ورد أعلاه يوضح علاقة التناسب المشار إليها.

أشار أفوجادرو في فرضيته إلى أن غازين مثاليين في نفس الحجم ونفس درجة الحرارة والضغط يحتويان على نفس عدد الجزيئات.

بالتبعية ، الأمر نفسه ينطبق على الغازات الحقيقية ؛ على سبيل المثال ، يحتوي الحجم المتساوي لـ O ₂ و N ₂ على نفس عدد الجزيئات عندما يكون في نفس درجة الحرارة والضغط.

تظهر الغازات الحقيقية انحرافات صغيرة عن السلوك المثالي. ومع ذلك ، فإن قانون Avogadro صالح تقريبًا للغازات الحقيقية عند ضغط منخفض بدرجة كافية وفي درجات حرارة عالية.

العواقب والآثار

إن أهم نتيجة لقانون أفوجادرو هي أن الثابت R للغازات المثالية له نفس القيمة لجميع الغازات.

R = PV / nT

لذلك إذا كانت R ثابتة لغازين:

P ₁ V ₁ / nT ₁ = P ₂ V ₂ / n ₂ T ₂ = ثابت

يمثل اللاحقان 1 و 2 غازين مثاليين مختلفين. الاستنتاج هو أن ثابت الغاز المثالي لمول واحد من الغاز مستقل عن طبيعة الغاز. ثم الحجم الذي تشغله هذه الكمية من الغاز عند درجة حرارة وضغط معينين سيكونان دائمًا كما هو.

نتيجة لتطبيق قانون أفوجادرو هو اكتشاف أن 1 مول من الغاز يشغل حجمًا قدره 22.414 لترًا عند ضغط 1 جو ودرجة حرارة 0 درجة مئوية (273 كلفن).

النتيجة الواضحة الأخرى هي ما يلي: إذا كان الضغط ودرجة الحرارة ثابتًا ، فعند زيادة كمية الغاز سيزداد حجمه أيضًا.

أصول

في عام 1811 ، طرح أفوجادرو فرضيته على أساس نظرية دالتون الذرية وقانون جاي لوساك بشأن نواقل حركة الجزيئات.

خلص جاي لوساك في عام 1809 إلى أن "الغازات ، مهما كانت النسب التي يمكن دمجها ، تؤدي دائمًا إلى ظهور مركبات تكون عناصرها المقاسة في الحجم دائمًا مضاعفات أخرى".

أظهر المؤلف نفسه أيضًا أن "مجموعات الغازات تحدث دائمًا وفقًا لعلاقات بسيطة جدًا في الحجم".

أشار أفوجادرو إلى أن التفاعلات الكيميائية في الطور الغازي تشمل الأنواع الجزيئية لكل من المواد المتفاعلة والمنتج.

وفقًا لهذا البيان ، يجب أن تكون العلاقة بين المادة المتفاعلة وجزيئات المنتج عددًا صحيحًا ، حيث إن وجود كسر الرابطة قبل التفاعل (الذرات الفردية) غير محتمل. ومع ذلك ، يمكن التعبير عن الكميات المولية كقيم كسرية.

من جانبه ، يشير قانون الأحجام المركبة إلى أن العلاقة العددية بين الأحجام الغازية بسيطة أيضًا وعدد صحيح. ينتج عن هذا ارتباط مباشر بين الأحجام وعدد جزيئات الأنواع الغازية.

فرضية أفوجادرو

اقترح أفوجادرو أن جزيئات الغاز ثنائية الذرة. أوضح هذا كيف يتحد حجمان من الهيدروجين الجزيئي مع حجم واحد من الأكسجين الجزيئي لإعطاء مجلدين من الماء.

علاوة على ذلك ، اقترح أفوجادرو أنه إذا احتوت كميات متساوية من الغازات على أعداد متساوية من الجسيمات ، فإن نسبة كثافة الغازات يجب أن تكون مساوية لنسبة الكتل الجزيئية لهذه الجسيمات.

من الواضح أن قسمة d1 على d2 ينتج عنها حاصل قسمة m1 / m2 ، نظرًا لأن الحجم الذي تشغله الكتل الغازية هو نفسه لكلا النوعين ويتم إلغاؤه:

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

د 1 / د 2 = م 1 / م 2

رقم أفوجادرو

يحتوي الخلد الواحد على 6.022 × 10 ²³ جزيء أو ذرة. يسمى هذا الرقم برقم أفوجادرو ، رغم أنه لم يكن هو من قام بحسابه. قام جان بيير ، الحائز على جائزة نوبل عام 1926 ، بالقياسات المقابلة واقترح الاسم تكريما لأفوجادرو.

تجربة أفوجادرو

عرض بسيط للغاية لقانون أفوجادرو يتكون من وضع حمض الأسيتيك في زجاجة زجاجية ثم إضافة بيكربونات الصوديوم ، وإغلاق فم الزجاجة ببالون يمنع دخول أو خروج الغاز من داخل الزجاجة.

يتفاعل حمض الخليك مع بيكربونات الصوديوم، وبالتالي الافراج CO ₂. يتراكم الغاز في البالون مسبباً تضخمه. من الناحية النظرية، وحجم الذي توصل إليه بالون يتناسب مع عدد من CO ₂ الجزيئات ، كما ينص عليها القانون أفوجادرو.

ومع ذلك ، فإن هذه التجربة لها حدود: البالون جسم مرن ؛ لذلك، كما يمتد سورها بسبب تراكم CO ₂ ، يتم إنشاء قوة في أن تعارض في التمدد ويحاول تقليص حجم البالون.

جرب الحاويات التجارية

يتم تقديم تجربة توضيحية أخرى لقانون أفوجادرو باستخدام علب الصودا والزجاجات البلاستيكية.

في حالة علب الصودا ، يتم سكب بيكربونات الصوديوم فيها ثم يضاف محلول حامض الستريك. المركبات تتفاعل مع بعضها البعض إنتاج إطلاق سراح CO ₂ الغاز ، الذي يتراكم داخل العلبة.

وفي وقت لاحق، يتم إضافة محلول هيدروكسيد الصوديوم المركز، الذي لديه وظيفة من "عزل" من CO ₂. يتم بعد ذلك إغلاق الوصول إلى داخل العلبة بسرعة باستخدام شريط لاصق.

بعد فترة زمنية معينة، لوحظ أن العقود يمكن، مشيرا إلى أن وجود CO ₂ قد انخفض. ثم، يمكن أن يعتقد أن هناك انخفاضا في حجم العلبة الذي يتوافق مع انخفاض في عدد من CO ₂ الجزيئات ، وفقا للقانون أفوجادرو.

في تجربة الزجاجة ، يتم اتباع نفس الإجراء كما في علبة الصودا ، وعندما يضاف هيدروكسيد الصوديوم ، يتم إغلاق فم الزجاجة بالغطاء ؛ وبالمثل ، لوحظ تقلص جدار الزجاجة. نتيجة لذلك ، يمكن إجراء نفس التحليل كما في حالة الصودا.

أمثلة

توضح الصور الثلاثة أدناه مفهوم قانون أفوجادرو ، الذي يتعلق بالحجم الذي تشغله الغازات وعدد جزيئات المواد المتفاعلة والمنتجات.

أو

حجم غاز الهيدروجين مضاعف ، لكنه يشغل حاوية بنفس حجم الأكسجين الغازي.

ن

ن

المراجع

1. برنارد فرنانديز ، دكتوراه. (فبراير 2009). فرضيتان لأفوجادرو (1811).. مأخوذة من: bibnum.education.fr
2. نوريا مارتينيز مدينا. (5 يوليو 2012). أفوجادرو ، العالم الإيطالي العظيم في القرن التاسع عشر. مأخوذة من: rtve.es
3. Muñoz R. and Bertomeu Sánchez JR (2003) تاريخ العلم في الكتب المدرسية: فرضية Avogadro ، Enseñanza de las Ciencias، 21 (1)، 147-161.
4. هيلمنستين ، آن ماري ، دكتوراه. (1 فبراير 2018). ما هو قانون أفوجادرو؟ مأخوذة من: thinkco.com
5. محررو Encyclopaedia Britannica. (2016 ، 26 أكتوبر). قانون أفوجادرو. Encyclopædia Britannica. مأخوذة من: britannica.com
6. يانغ ، SP (2002). تستخدم المنتجات المنزلية لكسر الحاويات المغلقة وإظهار قانون Avogadro. علم. المجلد: 7 ، الصفحات: 37-39.
7. جلاستون ، س. (1968). رسالة في الكيمياء الفيزيائية. 2 ^يعطي Exp. افتتاحية Aguilar.