Vad är Avogadros lag?
Den italienska forskaren Avogadro antog att om "ideala gaser", om trycket (P), volymen (V) och temperaturen (T) för två prover är desamma, är antalet gaspartiklar i varje prov på samma sätt det samma. Detta gäller oavsett om gasen består av atomer eller molekyler. Förhållandet gäller även om de jämförda proverna har olika gaser. Ensam är Avogadros lag av begränsat värde, men om den kombineras med Boyles lag, Charles's lag och Gay-Lussacs lag, härleds den viktiga ideala gasekvationen.
För två olika gaser finns följande matematiska förhållanden: P 1 V 1 / T 1 = k 1 och P 2 V 2 / T 2 = k 2 . Avogadros hypotes, bättre känd idag som Avogadros lag, indikerar att om de vänstra sidorna av ovanstående uttryck är desamma, är antalet partiklar i båda fallen identiskt. Så antalet partiklar är lika med k gånger ett annat värde beroende på den specifika gasen. Detta andra värde inkluderar partiklarnas massa; det vill säga, det är relaterat till deras molekylvikt. Avogadros lag gör det möjligt att sätta dessa egenskaper i kompakt matematisk form.
Manipulering av ovanstående leder till en idealisk gasekvation med formen PV = nRT. Här definieras "R" som den ideala gaskonstanten, medan "n" representerar antalet mol, eller multiplar av molekylvikten (MW) för gasen, i gram. Exempelvis uppgår 1,0 gram vätgas - formel H2, MW = 2,0 - 0,5 mol. Om värdet på P anges i atmosfärer med V i liter och T i grader Kelvin, uttrycks R i liter-atmosfär per mol-grad Kelvin. Även om uttrycket PV = nRT är användbart för många tillämpningar, är i vissa fall avvikelsen betydande.
Svårigheten ligger i definitionen av idealitet; det inför restriktioner som inte kan existera i den verkliga världen. Gaspartiklar får inte ha några attraktiva eller repellerande polariteter - detta är ett annat sätt att säga kollisioner mellan partiklar måste vara elastiska. Ett annat orealistiskt antagande är att partiklar måste vara punkter och deras volymer, noll. Många av dessa avvikelser från idealitet kan kompenseras för att inkludera matematiska termer som har en fysisk tolkning. Andra avvikelser kräver viriala termer, som tyvärr inte tillfredsställande motsvarar någon fysisk egendom; detta kastar inte Avogadros lag i någon disrepute.
En enkel uppgradering av den ideala gaslagen lägger till två parametrar, "a" och "b." Den läser (P + (n 2 a / V 2 )) (V-nb) = nRT. Även om "a" måste bestämmas experimentellt, avser det den fysiska egenskapen hos partikelinteraktion. Konstanten "b" hänför sig också till en fysisk egenskap och tar hänsyn till den uteslutna volymen.
Även om fysiskt tolkbara modifieringar är tilltalande, finns det unika fördelar med att använda virala utvidgningsvillkor. En av dessa är att de kan användas för att nära matcha verkligheten, vilket möjliggör förklaring i vissa fall av vätskor. Avogadros lag, som ursprungligen endast tillämpades på gasfasen, har därmed möjliggjort en bättre förståelse för minst ett kondenserat tillstånd.