Qual è la legge di Avogadro?
Lo scienziato italiano Avogadro ha ipotizzato che, nel caso di "gas ideali", se la pressione (P), il volume (V) e la temperatura (T) di due campioni sono uguali, allora anche il numero di particelle di gas in ciascun campione è uguale lo stesso. Questo è vero indipendentemente dal fatto che il gas sia costituito da atomi o molecole. La relazione vale anche se i campioni confrontati sono di gas diversi. Da solo, la legge di Avogadro ha un valore limitato, ma se abbinata alla legge di Boyle, alla legge di Charles e alla legge di Gay-Lussac, deriva l'importante equazione del gas ideale.
Per due gas diversi, esistono le seguenti relazioni matematiche: P 1 V 1 / T 1 = k 1 e P 2 V 2 / T 2 = k 2 . L'ipotesi di Avogadro, oggi meglio conosciuta come legge di Avogadro, indica che se i lati di sinistra delle espressioni sopra sono uguali, il numero di particelle in entrambi i casi è identico. Quindi il numero di particelle è uguale a k volte un altro valore dipendente dal gas specifico. Questo altro valore incorpora la massa delle particelle; cioè è correlato al loro peso molecolare. La legge di Avogadro consente di mettere queste caratteristiche in una forma matematica compatta.
La manipolazione di quanto sopra porta a un'equazione del gas ideale con la forma PV = nRT. Qui "R" è definita come costante di gas ideale, mentre "n" rappresenta il numero di moli, o multipli del peso molecolare (MW) del gas, in grammi. Ad esempio, 1,0 grammi di gas idrogeno - formula H 2 , MW = 2,0 - ammontano a 0,5 moli. Se il valore di P è dato in atmosfere con V in litri e T in gradi Kelvin, allora R è espresso in litri-atmosfere-per-mole-gradi Kelvin. Sebbene l'espressione PV = nRT sia utile per molte applicazioni, in alcuni casi la deviazione è considerevole.
La difficoltà sta nella definizione di idealità; impone restrizioni che non possono esistere nel mondo reale. Le particelle di gas non devono possedere polarità attraenti o repellenti: questo è un altro modo per dire che le collisioni tra particelle devono essere elastiche. Un altro presupposto non realistico è che le particelle devono essere punti e i loro volumi, zero. Molte di queste deviazioni dall'ideale possono essere compensate dall'inclusione di termini matematici che portano un'interpretazione fisica. Altre deviazioni richiedono termini virali che, sfortunatamente, non corrispondono in modo soddisfacente a nessuna proprietà fisica; ciò non getta discredito sulla legge di Avogadro.
Un semplice aggiornamento della legge del gas ideale aggiunge due parametri, "a" e "b". Legge (P + (n 2 a / V 2 )) (V-nb) = nRT. Sebbene "a" debba essere determinato sperimentalmente, si riferisce alla proprietà fisica dell'interazione delle particelle. La costante "b" si riferisce anche a una proprietà fisica e prende in considerazione il volume escluso.
Mentre le modifiche interpretabili fisicamente sono allettanti, ci sono vantaggi unici nell'uso dei termini di espansione viriale. Uno di questi è che possono essere usati per abbinare da vicino la realtà, consentendo spiegazioni in alcuni casi del comportamento dei liquidi. La legge di Avogadro, originariamente applicata solo alla fase gassosa, ha quindi reso possibile una migliore comprensione di almeno uno stato condensato della materia.