ĐỊNH LUẬT AVOGADRO: ĐƠN VỊ ĐO LƯỜNG VÀ THỰC NGHIỆM - HÓA HỌC - 2026

Định luật Avogadro đã giả định rằng một thể tích bằng nhau của tất cả các chất khí, ở cùng nhiệt độ và áp suất, có cùng số phân tử. Amadeo Avogadro, một nhà vật lý người Ý, đã đề xuất hai giả thuyết vào năm 1811: giả thuyết thứ nhất nói rằng các nguyên tử của khí nguyên tố ở cùng nhau trong các phân tử thay vì tồn tại dưới dạng các nguyên tử riêng biệt, như John Dalton đã nói.

Giả thuyết thứ hai nói rằng các thể tích khí bằng nhau ở áp suất và nhiệt độ không đổi có cùng số phân tử. Giả thuyết của Avogadro liên quan đến số lượng phân tử trong chất khí không được chấp nhận cho đến năm 1858, khi nhà hóa học người Ý Stanislao Cannizaro xây dựng một hệ thống logic hóa học dựa trên nó.

Điều sau có thể được suy ra từ định luật Avogadro: đối với một khối lượng nhất định của một khí lý tưởng, thể tích và số lượng phân tử của nó tỷ lệ thuận với nhau nếu nhiệt độ và áp suất không đổi. Điều này cũng ngụ ý rằng thể tích mol của các khí hoạt động lý tưởng là như nhau đối với tất cả.

Ví dụ, cho một số quả bóng bay, có nhãn từ A đến Z, chúng đều được lấp đầy cho đến khi chúng được bơm căng đến thể tích 5 lít. Mỗi chữ cái tương ứng với một loài khí khác nhau; nghĩa là các phân tử của nó có những đặc điểm riêng. Định luật Avogadro phát biểu rằng tất cả các quả bóng bay chứa cùng một số lượng phân tử.

Theo giả thuyết của Avogadro, nếu các quả bóng bay lúc này được bơm căng lên 10 lít, thì số mol khí ban đầu sẽ tăng gấp đôi.

Nó bao gồm những gì và đơn vị đo lường

Định luật Avogadro phát biểu rằng, đối với một khối lượng của một khí lý tưởng, thể tích của khí và số mol tỷ lệ thuận với nhau nếu nhiệt độ và áp suất không đổi. Về mặt toán học, nó có thể được biểu thị bằng phương trình sau:

V / n = K

V = thể tích của khí, thường được biểu thị bằng lít.

n = lượng chất đo bằng mol.

Ngoài ra, từ cái gọi là định luật khí lý tưởng, chúng ta có những điều sau đây:

PV = nRT

P = áp suất khí thường được biểu thị bằng atm (atm), bằng mm thủy ngân (mmHg) hoặc bằng Pascal (Pa).

V = thể tích của khí biểu thị bằng lít (L).

n = số mol.

T = nhiệt độ của khí được biểu thị bằng độ C, độ F hoặc độ Kelvin (0 ºC bằng 273,15K).

R = hằng số phổ quát của khí lý tưởng, có thể được biểu thị bằng nhiều đơn vị khác nhau, trong đó nổi bật là: 0,08205 L · atm / K.mol (L · atm K ^-1 .mol ^-1 ); 8,314 J / K. mol (JK ^-1 .mol ^-1 ) (J là jun); và 1.987 cal / Kmol (cal.K ^-1 .mol ^-1 ) (cal là calo).

Giảm giá trị của R khi biểu thị bằng L

Thể tích mà một mol khí chiếm ở môi trường có áp suất và 0ºC tương đương với 273K là 22,414 lít.

R = PV / T

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

R = 0,082 L atm / mol.K

Phương trình khí lý tưởng (PV = nRT) có thể được viết như sau:

V / n = RT / P

Nếu nhiệt độ và áp suất là không đổi, vì R là hằng số, thì:

RT / P = K

Sau đó:

V / n = K

Đây là hệ quả của định luật Avogadro: tồn tại mối quan hệ không đổi giữa thể tích mà khí lý tưởng chiếm và số mol của khí đó, đối với nhiệt độ và áp suất không đổi.

Dạng thông thường của định luật Avogadro

Nếu bạn có hai khí, thì phương trình trước đó trở thành sau:

V ₁ / n ₁ = V ₂ / n ₂

Biểu thức này cũng được viết là:

V ₁ / V ₂ = n ₁ / n ₂

Trên đây cho thấy mối quan hệ tỷ lệ đã chỉ ra.

Trong giả thuyết của mình, Avogadro đã chỉ ra rằng hai khí lý tưởng có cùng thể tích, ở cùng nhiệt độ và áp suất chứa cùng số phân tử.

Nói cách khác, điều này cũng đúng với khí thực; Ví dụ, một thể tích bằng nhau của O ₂ và N ₂ chứa cùng một số phân tử khi nó ở cùng nhiệt độ và áp suất.

Khí thực cho thấy những sai lệch nhỏ so với hành vi lý tưởng. Tuy nhiên, định luật Avogadro gần đúng với khí thực ở áp suất đủ thấp và ở nhiệt độ cao.

Hậu quả và ý nghĩa

Hệ quả quan trọng nhất của định luật Avogadro là hằng số R đối với khí lý tưởng có cùng giá trị đối với mọi khí.

R = PV / nT

Vì vậy, nếu R không đổi đối với hai khí:

P ₁ V ₁ / nT ₁ = P ₂ V ₂ / n ₂ T ₂ = hằng số

Hậu tố 1 và 2 đại diện cho hai khí lý tưởng khác nhau. Kết luận là hằng số khí lý tưởng đối với 1 mol khí không phụ thuộc vào bản chất của khí. Khi đó thể tích chiếm của lượng khí này ở nhiệt độ và áp suất nhất định sẽ luôn bằng nhau.

Hệ quả của việc áp dụng định luật Avogadro là phát hiện ra rằng 1 mol khí chiếm thể tích 22,414 lít ở áp suất 1 khí quyển và ở nhiệt độ 0 ºC (273K).

Một hệ quả hiển nhiên khác xảy ra như sau: nếu áp suất và nhiệt độ không đổi, khi tăng thể tích của một chất khí thì thể tích của nó cũng sẽ tăng lên.

nguồn gốc

Năm 1811, Avogadro đưa ra giả thuyết của mình dựa trên lý thuyết nguyên tử của Dalton và định luật Gay-Lussac về vectơ chuyển động của phân tử.

Gay-Lussac kết luận vào năm 1809 rằng "các chất khí, theo bất kỳ tỷ lệ nào mà chúng có thể kết hợp, luôn tạo ra các hợp chất mà các nguyên tố được đo bằng thể tích luôn là bội số của một nguyên tố khác".

Cũng chính tác giả này đã chỉ ra rằng “sự kết hợp của các chất khí luôn diễn ra theo những mối quan hệ rất đơn giản về thể tích”.

Avogadro lưu ý rằng các phản ứng hóa học ở pha khí liên quan đến các dạng phân tử của cả chất phản ứng và sản phẩm.

Theo tuyên bố này, mối quan hệ giữa các phân tử chất phản ứng và sản phẩm phải là một số nguyên, vì sự tồn tại của sự đứt gãy liên kết trước phản ứng (các nguyên tử riêng lẻ) là khó xảy ra. Tuy nhiên, đại lượng mol có thể được biểu thị dưới dạng giá trị phân số.

Về phần mình, quy luật thể tích kết hợp chỉ ra rằng mối quan hệ số giữa các thể tích khí cũng đơn giản và là số nguyên. Điều này dẫn đến mối liên hệ trực tiếp giữa thể tích và số lượng phân tử của các loài ở thể khí.

Giả thuyết Avogadro

Avogadro đề xuất rằng các phân tử khí là diatomic. Điều này giải thích cách hai thể tích hydro phân tử kết hợp với một thể tích oxy phân tử để tạo ra hai thể tích nước.

Hơn nữa, Avogadro đề xuất rằng nếu các thể tích khí bằng nhau chứa số lượng hạt bằng nhau, thì tỷ lệ mật độ của các khí phải bằng tỷ lệ khối lượng phân tử của các hạt này.

Rõ ràng, chia d1 cho d2 sẽ tạo ra thương số m1 / m2, vì thể tích chiếm bởi các khối khí là như nhau đối với cả hai loài và nó hủy bỏ:

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

d1 / d2 = m1 / m2

Số avogadro

Một mol chứa 6,022 x 10 ²³ phân tử hoặc nguyên tử. Con số này được gọi là số của Avogadro, mặc dù ông không phải là người tính toán nó. Jean Pierre, người đoạt giải Nobel năm 1926, đã thực hiện các phép đo tương ứng và đề xuất tên để vinh danh Avogadro.

Thử nghiệm của Avogadro

Một minh chứng rất đơn giản cho định luật Avogadro bao gồm cho axit axetic vào một chai thủy tinh rồi thêm natri bicacbonat, bịt miệng chai bằng một quả bóng để ngăn chặn sự xâm nhập hoặc thoát ra của khí từ bên trong chai. .

Axit axetic phản ứng với natri bicacbonat, do đó giải phóng CO ₂ . Khí tích tụ trong quả bóng gây ra lạm phát. Về mặt lý thuyết, thể tích mà khí cầu đạt được tỷ lệ với số phân tử CO ₂ , như định luật Avogadro đã phát biểu.

Tuy nhiên, thí nghiệm này có một hạn chế: khinh khí cầu là một vật thể đàn hồi; do đó, khi bức tường của nó nở ra do sự tích tụ của CO ₂ , một lực được tạo ra trong nó chống lại sự căng thẳng của nó và cố gắng giảm thể tích của quả bóng bay.

Thử nghiệm với các thùng chứa thương mại

Một thí nghiệm minh họa khác của định luật Avogadro được trình bày với việc sử dụng lon nước ngọt và chai nhựa.

Trong trường hợp lon nước ngọt, người ta đổ natri bicacbonat vào đó và sau đó thêm dung dịch axit xitric. Các hợp chất phản ứng với nhau tạo ra khí CO ₂ được tích tụ bên trong lon.

Sau đó, dung dịch natri hydroxit đậm đặc được thêm vào, dung dịch này có chức năng "cô lập" CO ₂ . Sau đó, nhanh chóng đóng cửa vào bên trong lon bằng cách sử dụng băng che.

Sau một thời gian nhất định, người ta thấy lon co lại, chứng tỏ sự có mặt của CO ₂ đã giảm . Khi đó, có thể nghĩ rằng có sự giảm thể tích của cái lon tương ứng với sự giảm số lượng phân tử CO ₂ , theo định luật Avogadro.

Trong thí nghiệm với chai, quy trình tương tự như với lon nước ngọt, khi cho NaOH vào thì miệng chai được đậy lại bằng nắp; tương tự như vậy, một sự co lại của thành chai được quan sát thấy. Kết quả là, phân tích tương tự như trong trường hợp của lon nước ngọt có thể được thực hiện.

Ví dụ

Ba hình ảnh dưới đây minh họa khái niệm của định luật Avogadro, liên hệ giữa thể tích mà chất khí chiếm và số phân tử của chất phản ứng và sản phẩm.

HOẶC LÀ

Thể tích của khí hiđro gấp đôi, nhưng nó chiếm một bình chứa có kích thước bằng thể tích của khí oxi.

N

N

Người giới thiệu

1. Bernard Fernandez, Tiến sĩ. (Tháng 2 năm 2009). Hai giả thuyết của Avogadro (1811). . Lấy từ: bibnum.education.fr
2. Nuria Martínez Medina. (Ngày 5 tháng 7 năm 2012). Avogadro, nhà khoa học người Ý vĩ đại của thế kỷ 19. Lấy từ: rtve.es
3. Muñoz R. và Bertomeu Sánchez JR (2003) Lịch sử khoa học trong sách giáo khoa: Giả thuyết của Avogadro, Enseñanza de las Ciencias, 21 (1), 147-161.
4. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (Ngày 1 tháng 2 năm 2018). Định luật Avogadro là gì? Lấy từ: thinkco.com
5. Các biên tập viên của Encyclopaedia Britannica. (2016, ngày 26 tháng 10). Định luật Avogadro. Encyclopædia Britannica. Lấy từ: britannica.com
6. Yang, SP (2002). Các sản phẩm gia dụng dùng để thu gọn các thùng đóng và thể hiện Định luật Avogadro. Nhà giáo dục Chem. Tập: 7, trang: 37-39.
7. Glasstone, S. (1968). Chuyên luận về Hóa lý. 2 ^cho Exp. Biên tập Aguilar.