Что такое закон Авогадро?

Итальянский ученый Авогадро предположил, что в случае «идеальных газов», если давление (P), объем (V) и температура (T) двух образцов одинаковы, то количество частиц газа в каждом образце также то же самое. Это верно независимо от того, состоит газ из атомов или молекул. Соотношение сохраняется, даже если сравниваемые образцы имеют разные газы. В одиночку закон Авогадро имеет ограниченную ценность, но в сочетании с законом Бойля, законом Чарльза и законом Гей-Люссака получается важное уравнение идеального газа.

Для двух разных газов существуют следующие математические зависимости: P ₁ V ₁ / T ₁ = k ₁ и P ₂ V ₂ / T ₂ = k ₂ . Гипотеза Авогадро, более известная сегодня как закон Авогадро, указывает на то, что если левые части приведенных выше выражений одинаковы, число частиц в обоих случаях одинаково. Таким образом, число частиц в k раз больше некоторого другого значения, зависящего от конкретного газа. Это другое значение включает в себя массу частиц; то есть это связано с их молекулярной массой. Закон Авогадро позволяет привести эти характеристики в компактную математическую форму.

Манипулирование вышеизложенным приводит к уравнению идеального газа в виде PV = nRT. Здесь «R» определяется как постоянная идеального газа, в то время как «n» представляет количество молей или кратную молекулярную массу (МВт) газа в граммах. Например, 1,0 г газообразного водорода - формула H ₂ , MW = 2,0 - составляет 0,5 моля. Если значение P дано в атмосферах с V в литрах и T в градусах Кельвина, то R выражается в литрах атмосфер на моль градусов Кельвина. Хотя выражение PV = nRT полезно для многих приложений, в некоторых случаях отклонение является значительным.

Трудность заключается в определении идеальности; это накладывает ограничения, которые не могут существовать в реальном мире. Частицы газа не должны обладать привлекательной или отталкивающей полярностью - это еще один способ сказать, что столкновения между частицами должны быть упругими. Другое нереалистичное предположение состоит в том, что частицы должны быть точками, а их объемы равны нулю. Многие из этих отклонений от идеальности могут быть компенсированы включением математических терминов, которые имеют физическую интерпретацию. Для других отклонений требуются вириальные термины, которые, к сожалению, не соответствуют никаким физическим свойствам; это не ставит закон Авогадро в известность.

Простое обновление закона идеального газа добавляет два параметра, «а» и «б». Читается (P + (n ² a / V ² )) (V-nb) = nRT. Хотя «а» должно быть определено экспериментально, оно относится к физическим свойствам взаимодействия частиц. Константа «b» также относится к физическому свойству и учитывает исключенный объем.

Хотя физически интерпретируемые модификации являются привлекательными, есть уникальные преимущества использования терминов расширения вириала. Одним из них является то, что они могут быть использованы для точного соответствия реальности, что позволяет объяснить в некоторых случаях поведение жидкостей. Таким образом, закон Авогадро, первоначально примененный только к газовой фазе, позволил лучше понять, по крайней мере, одно конденсированное состояние вещества.