Avogadrov zakon

Avogadrov zakon nazvan je prema Amedeu Avogadru koji je 1811. iznio pretpostavku:

"U jednakim volumenima svih plinova pri istim uvjetima temperature i tlaka nalazi se jednak broj čestica (molekula)."

To vrijedi i danas: molekule vodika i dušika, u jednakom obujmu, imaju jednak broj molekula H₂ odnosno N₂, ako se nalaze pod jednakim tlakom i temperaturom, bez obzira što su molekule dušika 14 puta veće mase od molekula vodika. Dakle, broj molekula u određenom volumenu plina ne ovisi o njihovoj veličini ili masi.

Danas također znamo da volumen od V_m⁰ = 22,4 dm³ bilo kojeg plina pri normalnim uvjetima (0 °C, 1013 hPa) sadrži N = 6,022045 x 10²³ jedinki (atoma ili molekula). Taj broj je Avogadru u čast nazvan Avogadrovim brojem a volumen od V_m⁰ = 22,4 litre je molni volumen.

Povijesna crtica

Avogadrova hipoteza se u kasnijim godinama pokazala točnom i nazvana je "Avogadrov zakon". Bio je to značajan doprinos poimanju zakona stalnih volumnih omjera koji je postavio Joseph Gay-Lussac (1778.-1850.) i objavio 1805.g. Ipak je trebalo pričekati još 51 godinu da se Avogadrova hipoteza pravilno primijeni na Gay-Lussacov zakon u svim slučajevima. Avogadro je smatrao da je molekula najsitnija čestica elementa u plinovitom stanju ali je to palo u zaborav. Tek je 1856.g. talijanski kemičar Stanislao Cannizzaro (1826.-1910.) obnovio pretpostavku da plinoviti elementi (vodik, kisik, dušik, klor...) ne sadrže atome već dvoatomne molekule (H₂, O₂, N₂, Cl₂...).

Matematička definicija

Avogadrov zakon se matematički definira kao:

[math]\displaystyle{ \frac{V}{n} = k }[/math]

gdje je :

V – obujam plina (m³)

n – množina tvari ili broj molekula (ili atoma) plina

k – proporcionalna fizikalna konstanta

Najvažniji rezultat Avogadrovog zakona je određivanje opće plinske konstante za idealne plinove, koja ima jednaku vrijednost za sve plinove. To znači da vrijedi:

[math]\displaystyle{ \frac{p_1\cdot V_1}{T_1\cdot n_1}=\frac{p_2\cdot V_2}{T_2 \cdot n_2} = constant }[/math]

gdje je :

p – tlak plina (Pa)

T – apsolutna temperatura plina (K)

Jednadžba stanja idealnih plinova

Ako se Avogadrov zakon preuredi, i za fizikalnu konstantu uvedemo oznaku R, dobijemo:

[math]\displaystyle{ p \cdot V = n \cdot R \cdot T }[/math]

Gornja jednadžba je poznata kao jednadžba stanja idealnog plina.

Obujam jednog mola

Za standardni tlak 101,325 kPa i temperaturu 293,15 K, obujam jednog mola idealnog plina iznosi:

[math]\displaystyle{ V_{\rm m} = \frac{V}{n} = \frac{R \cdot T}{p} = \frac{(8,314 \mathrm{ J} \mathrm{ mol}^{-1} \mathrm{ K}^{-1})(293,15 \mathrm{ K})}{101,325 \mathrm{ kPa}} = 24,05 \, \mathrm{ dm}^3 \mathrm{ mol}^{-1} }[/math]

Za 100 kPa i 273,15 K, obujam jednog mola idealnog plina iznosi 22,414 dm³ ili 22,414 litre.

Izvori

• Avogadro's law at the University of Fribourg
• Avogadro's law at the Royal Society of Chemistry