아보가드로의 법칙 : 측정 단위 및 실험 - 화학 - 2025

Avogadro 의 법칙은 동일한 온도와 압력에서 동일한 부피의 모든 가스가 동일한 수의 분자를 갖는다 고 가정했습니다. 이탈리아의 물리학자인 Amadeo Avogadro는 1811 년에 두 가지 가설을 제안했습니다. 첫 번째는 John Dalton이 말했듯이 원소 기체의 원자가 별도의 원자로 존재하지 않고 분자로 함께 있다는 것입니다.

두 번째 가설은 일정한 압력과 온도에서 동일한 부피의 기체가 동일한 수의 분자를 갖는다는 것입니다. Avogadro의 가스 분자 수에 관한 가설은 이탈리아의 화학자 Stanislao Cannizaro가 그것을 기반으로 한 논리적 화학 시스템을 구축 한 1858 년까지 받아 들여지지 않았습니다.

다음은 Avogadro의 법칙에서 추론 할 수 있습니다. 주어진 이상 기체 질량에 대해 온도와 압력이 일정하면 부피와 분자 수가 정비례합니다. 이것은 또한 이상적으로 행동하는 가스의 몰 부피가 모두에게 동일하다는 것을 의미합니다.

예를 들어, A부터 Z까지 레이블이 지정된 여러 개의 풍선이 주어지면 5 리터의 부피가 될 때까지 모두 채워집니다. 각 문자는 다른 기체 종에 해당합니다. 즉, 분자에는 고유 한 특성이 있습니다. Avogadro의 법칙에 따르면 모든 풍선에는 같은 수의 분자가 들어 있습니다.

Avogadro의 가설에 따르면 풍선이 이제 10 리터로 부풀어지면 초기 기체 두더지의 두 배가 도입 될 것입니다.

구성 요소 및 측정 단위

아보가드로의 법칙은 이상 기체의 질량에 대해 온도와 압력이 일정하면 기체의 부피와 몰 수가 정비례한다고 말합니다. 수학적으로 다음 방정식으로 표현할 수 있습니다.

V / n = K

V = 일반적으로 리터로 표시되는 가스 부피.

n = 몰 단위로 측정 된 물질의 양.

또한, 소위 이상 기체 법칙에서 우리는 다음과 같은 것을 가지고 있습니다.

PV = nRT

P = 가스 압력은 일반적으로 대기 (atm), 수은 mm (mmHg) 또는 Pascal (Pa)로 표시됩니다.

V = 리터 (L)로 표시되는 가스의 부피.

n = 몰 수.

T = 섭씨, 화씨 또는 켈빈으로 표시되는 가스의 온도 (0ºC는 273.15K와 같음).

R = 이상 기체의 보편적 상수로, 다양한 단위로 표현할 수 있으며, 그중에서 다음과 같은 특징이 있습니다. 0.08205 L · atm / K.mol (L · atm K ^-1 .mol ^-1 ); 8.314 J / K.mol (JK ^- 1.mol ^-1 ) (J는 줄임 ); 및 1.987 cal / Kmol (cal.K ^-1 .mol ^-1 ) (cal은 칼로리).

L로 표현할 때 R 값의 추론

273K에 해당하는 압력과 0ºC의 대기에서 가스 1 몰이 차지하는 부피는 22.414 리터입니다.

R = PV / T

R = 1 기압 x 22,414 (L / mol) / (273ºK)

R = 0.082 L atm / mol. K

이상 기체 방정식 (PV = nRT)은 다음과 같이 작성할 수 있습니다.

V / n = RT / P

R이 상수이기 때문에 온도와 압력이 일정하다고 가정하면 :

RT / P = K

그때:

V / n = K

이것은 아보가드로의 법칙의 결과입니다 : 일정한 온도와 압력에 대해 이상 기체가 차지하는 부피와 기체의 몰수 사이에 일정한 관계가 존재합니다.

Avogadro의 법칙의 일반적인 형태

기체가 두 개인 경우 이전 방정식은 다음과 같습니다.

V ₁ / n ₁ = V ₂ / n ₂

이 표현식은 다음과 같이 작성됩니다.

V ₁ / V ₂ = n ₁ / n ₂

위는 표시된 비례 관계를 보여줍니다.

그의 가설에서 Avogadro는 동일한 부피와 동일한 온도와 압력에서 두 개의 이상 기체가 동일한 수의 분자를 포함한다고 지적했습니다.

더 나아가 실제 가스도 마찬가지입니다. 예를 들면, O 동량 ₂ 및 N ₍₂₎ 가 동일한 온도 및 압력에있을 때, 분자의 동일한 수를 포함한다.

실제 기체는 이상적인 행동에서 약간의 편차를 보입니다. 그러나 Avogadro의 법칙은 충분히 낮은 압력과 고온에서 실제 가스에 대해 거의 유효합니다.

결과 및 의미

Avogadro의 법칙의 가장 중요한 결과는 이상 기체에 대한 상수 R이 모든 기체에 대해 동일한 값을 갖는다는 것입니다.

R = PV / nT

따라서 R이 두 기체에 대해 일정하다면 :

P ₁ V ₁ / nT ₁ = P ₂ V ₂ / n ₂ T ₂ = 상수

접미사 1과 2는 서로 다른 두 가지 이상 기체를 나타냅니다. 결론은 기체 1 몰에 대한 이상 기체 상수는 기체의 특성과 무관하다는 것입니다. 그러면 주어진 온도와 압력에서이 양의 가스가 차지하는 부피는 항상 동일합니다.

Avogadro의 법칙을 적용한 결과 1 몰의 가스가 1 기압의 압력과 0ºC (273K)의 온도에서 22.414 리터의 부피를 차지한다는 사실을 발견했습니다.

또 다른 명백한 결과는 다음과 같습니다. 압력과 온도가 일정하면 가스의 양이 증가하면 부피도 증가합니다.

태생

1811 년 Avogadro는 분자 운동 벡터에 관한 Dalton의 원자 이론과 Gay-Lussac의 법칙에 기초한 그의 가설을 제시했습니다.

Gay-Lussac은 1809 년에 "기체는 어떤 비율로든 결합 될 수 있으며, 항상 부피로 측정 된 원소가 항상 서로의 배수 인 화합물을 생성합니다"라고 결론지었습니다.

같은 저자는 또한 "기체의 조합은 항상 매우 단순한 체적 관계에 따라 발생한다"고 밝혔다.

Avogadro는 기상 화학 반응이 반응물과 생성물의 분자 종을 포함한다고 지적했습니다.

이 진술에 따르면, 반응 (개별 원자) 이전에 결합이 끊어 질 가능성이 없기 때문에 반응물과 생성물 분자 사이의 관계는 정수 여야합니다. 그러나 몰량은 분수 값으로 표현할 수 있습니다.

부분적으로, 결합 부피의 법칙은 기체 부피 사이의 수치 적 관계도 단순하고 정수임을 나타냅니다. 이것은 기체 종의 분자 수와 부피 사이에 직접적인 연관성을 초래합니다.

Avogadro 가설

Avogadro는 가스 분자가 이원자임을 제안했습니다. 이것은 두 부피의 분자 수소가 한 부피의 분자 산소와 결합하여 두 부피의 물을 제공하는 방법을 설명했습니다.

또한 Avogadro는 동일한 부피의 가스에 동일한 수의 입자가 포함 된 경우 가스의 밀도 비율이 이러한 입자의 분자 질량 비율과 같아야한다고 제안했습니다.

분명히 d1을 d2로 나누면 기체 질량이 차지하는 부피가 두 종 모두 동일하고 취소되기 때문에 몫 m1 / m2가 발생합니다.

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

d1 / d2 = m1 / m2

아보가드로의 수

1 몰은 6.022 x 1023 ^개의 분자 또는 원자를 포함합니다. 이 수치는 Avogadro의 수라고 불리지 만 그가 그것을 계산 한 사람은 아닙니다. 1926 년 노벨상 수상자 인 Jean Pierre는 이에 상응하는 측정을하고 Avogadro를 기리기 위해 이름을 제안했습니다.

Avogadro의 실험

Avogadro의 법칙에 대한 매우 간단한 데모는 유리 병에 아세트산을 넣은 다음 중탄산 나트륨을 추가하고 병 내부에서 가스의 출입을 막는 풍선으로 병 입구를 닫는 것으로 구성됩니다. .

아세트산은 중탄산 나트륨과 반응하여 CO ₂ 를 방출 합니다. 가스는 풍선에 축적되어 팽창을 일으 킵니다. 이론적으로 풍선이 도달하는 부피는 Avogadro의 법칙에 명시된 바와 같이 CO ₂ 분자의 수에 비례합니다 .

그러나이 실험에는 한계가 있습니다. 풍선은 탄성체입니다. 그 벽은 CO의 축적으로 인해 늘어 따라서, ₂ , 힘은이 벌룬의 양을 줄이기 위해 스트레칭 시도 대향 그것이 생성된다.

상업용 용기로 실험

Avogadro의 법칙에 대한 또 다른 예시적인 실험은 탄산 음료 캔과 플라스틱 병을 사용하는 것입니다.

탄산 음료 캔의 경우 중탄산 나트륨을 붓고 구연산 용액을 첨가합니다. 화합물은 서로 반응 하여 캔 내부에 축적되는 CO ₂ 가스를 방출 합니다.

그 후 농축 된 수산화 나트륨 용액이 첨가되어 CO ₂ 를 "격리"하는 기능을 합니다. 그런 다음 마스킹 테이프를 사용하여 캔 내부에 대한 액세스를 빠르게 닫습니다.

일정 시간 후에, CO의 존재를 나타내는, 캔 계약 관찰되는 _2가 감소했다 . 그런 다음 Avogadro의 법칙에 따라 CO ₂ 분자 수의 감소에 해당하는 캔의 부피가 감소한다고 생각할 수 있습니다 .

병을 사용한 실험에서 탄산 음료 캔과 동일한 절차를 따르고 NaOH를 추가하면 병의 입구가 뚜껑으로 닫힙니다. 마찬가지로 병 벽의 수축이 관찰됩니다. 결과적으로 탄산 음료의 경우와 동일한 분석을 수행 할 수 있습니다.

예

아래의 세 이미지는 가스가 차지하는 부피와 반응물 및 생성물의 분자 수와 관련된 Avogadro의 법칙의 개념을 보여줍니다.

또는

수소 가스의 부피는 두 배이지만 기체 산소와 같은 크기의 용기를 차지합니다.

엔

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참고 문헌

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