Lei de Avogadro - Avogadro's law
A lei de Avogadro (às vezes chamada de hipótese de Avogadro ou princípio de Avogadro ) ou a hipótese de Avogadro-Ampère é uma lei experimental do gás que relaciona o volume de um gás à quantidade de substância do gás presente. A lei é um caso específico da lei do gás ideal . Uma declaração moderna é:
A lei de Avogadro afirma que "volumes iguais de todos os gases, na mesma temperatura e pressão , têm o mesmo número de moléculas ".
Para uma dada massa de um gás ideal , o volume e a quantidade (moles) do gás são diretamente proporcionais se a temperatura e a pressão forem constantes.
A lei leva o nome de Amedeo Avogadro que, em 1812, formulou a hipótese de que duas amostras de um gás ideal, de mesmo volume e mesma temperatura e pressão, continham o mesmo número de moléculas. Por exemplo, volumes iguais de hidrogênio e nitrogênio gasoso contêm o mesmo número de átomos quando estão na mesma temperatura e pressão e observam o comportamento ideal do gás . Na prática, os gases reais mostram pequenos desvios do comportamento ideal e a lei é válida apenas aproximadamente, mas ainda é uma aproximação útil para os cientistas.
Definição matemática
A lei pode ser escrita como:
ou
Onde
- V é o volume do gás;
- n é a quantidade de substância do gás (medida em moles );
- k é uma constante para uma dada temperatura e pressão.
Essa lei descreve como, nas mesmas condições de temperatura e pressão , volumes iguais de todos os gases contêm o mesmo número de moléculas . Para comparar a mesma substância em dois conjuntos diferentes de condições, a lei pode ser expressa de forma útil da seguinte forma:
A equação mostra que, à medida que o número de mols de gás aumenta, o volume do gás também aumenta proporcionalmente. Da mesma forma, se o número de mols de gás diminuir, o volume também diminuirá. Assim, o número de moléculas ou átomos em um volume específico de gás ideal é independente de seu tamanho ou da massa molar do gás.
Derivação da lei do gás ideal
A derivação da lei de Avogadro segue diretamente da lei dos gases ideais , ou seja,
onde R é a constante do gás , T é a temperatura Kelvin e P é a pressão (em pascais ).
Resolvendo para V / n , obtemos assim
Compare isso com
que é uma constante para uma pressão e uma temperatura fixas.
Uma formulação equivalente da lei dos gases ideais pode ser escrita usando a constante de Boltzmann k B , como
onde N é o número de partículas no gás, e a razão de R sobre k B é igual à constante de Avogadro .
Nesta forma, para V / N é uma constante, temos
Se T e P forem considerados nas condições padrão de temperatura e pressão (STP), então k ′ = 1 / n 0 , onde n 0 é a constante de Loschmidt .
Relato histórico e influência
A hipótese de Avogadro (como era conhecida originalmente) foi formulada no mesmo espírito das leis empíricas dos gases anteriores, como a lei de Boyle (1662), a lei de Charles (1787) e a lei de Gay-Lussac (1808). A hipótese foi publicada pela primeira vez por Amadeo Avogadro em 1811 e reconciliou a teoria atômica de Dalton com a ideia "incompatível" de Joseph Louis Gay-Lussac de que alguns gases eram compostos de diferentes substâncias fundamentais (moléculas) em proporções inteiras. Em 1814, independentemente de Avogadro, André-Marie Ampère publicou a mesma lei com conclusões semelhantes. Como Ampère era mais conhecido na França, a hipótese costumava ser referida como hipótese de Ampère e, mais tarde, também como hipótese de Avogadro-Ampère ou mesmo hipótese de Ampère-Avogadro .
Estudos experimentais realizados por Charles Frédéric Gerhardt e Auguste Laurent sobre a química orgânica demonstraram que a lei de Avogadro explica por que as mesmas quantidades de moléculas em um gás têm o mesmo volume. No entanto, experimentos relacionados com algumas substâncias inorgânicas mostraram aparentes exceções à lei. Essa aparente contradição foi finalmente resolvida por Stanislao Cannizzaro , conforme anunciado no Congresso de Karlsruhe em 1860, quatro anos após a morte de Avogadro. Ele explicou que essas exceções eram devidas a dissociações moleculares em certas temperaturas, e que a lei de Avogadro determinava não apenas as massas moleculares, mas também as massas atômicas.
Lei do gás ideal
As leis de Boyle, Charles e Gay-Lussac, juntamente com a lei de Avogadro, foram combinadas por Émile Clapeyron em 1834, dando origem à lei dos gases ideais. No final do século 19, desenvolvimentos posteriores de cientistas como August Krönig , Rudolf Clausius , James Clerk Maxwell e Ludwig Boltzmann deram origem à teoria cinética dos gases , uma teoria microscópica da qual a lei dos gases ideais pode ser derivada como uma estatística resultam do movimento de átomos / moléculas em um gás.
Constante de avogadro
A lei de Avogadro fornece uma maneira de calcular a quantidade de gás em um recipiente. Graças a essa descoberta, Johann Josef Loschmidt , em 1865, pôde pela primeira vez estimar o tamanho de uma molécula. Seu cálculo deu origem ao conceito da constante de Loschmidt , uma razão entre as quantidades macroscópicas e atômicas. Em 1910, o experimento da gota de óleo de Millikan determinou a carga do elétron ; usando-o com a constante de Faraday (derivada por Michael Faraday em 1834), pode-se determinar o número de partículas em um mol de substância. Ao mesmo tempo, experimentos de precisão de Jean Baptiste Perrin levaram à definição do número de Avogadro como o número de moléculas em um grama-molécula de oxigênio . Perrin nomeou o número em homenagem a Avogadro por sua descoberta da lei homônima. A padronização posterior do Sistema Internacional de Unidades levou à definição moderna da constante de Avogadro .
Volume molar
Tomando STP como 101,325 kPa e 273,15 K, podemos encontrar o volume de um mol de gás:
Para 101,325 kPa e 273,15 K, o volume molar de um gás ideal é 22,4127 dm 3 mol −1 .
Veja também
- Lei de Boyle - Relação entre pressão e volume em um gás a temperatura constante
- Lei de Charles - Relação entre volume e temperatura de um gás a pressão constante
- Lei de Gay-Lussac - Relação entre pressão e temperatura de um gás em volume constante.
- Gás ideal - modelo matemático que aproxima o comportamento de gases reais
Notas
- ^ Usado pela primeira vez por Jean-Baptiste Dumas em 1826.
- ^ Usado pela primeira vez por Stanislao Cannizzaro em 1858.