Ley de Avogadro y volumen molar Fórmula de la ley de Avogadro

Publicado el 24 mayo, 2024 por Rodrigo Ricardo

Ley de Avogadro

La ley de Avogadro establece que volúmenes iguales de cualquier gas contienen el mismo número de partículas cuando están a la misma temperatura y presión. Amedeo Avogadro, un científico italiano, describió por primera vez la ley en 1811.

Cuando están a la misma temperatura y presión, igual número de partículas de gas ocupan el mismo volumen.

Según la ley de Avogadro, el volumen de gas es directamente proporcional al número de moléculas de gas en un recipiente. Esta ley se aplica a todos los gases ideales . En un gas ideal, las partículas están libres de masa y no se atraen entre sí; su comportamiento puede explicarse simplemente por la colisión de moléculas de gas entre sí y las paredes de su recipiente. Por supuesto, los gases reales no existen en un estado ideal, pero debido a su tamaño mínimo y la gran cantidad de espacio que rodea a las partículas de gas real, su tamaño y masa difícilmente se pueden medir y se consideran irrelevantes. Como resultado, la mayoría de los gases se comportan más o menos “idealmente” en la mayoría de las condiciones.

Historia de la ley de los gases de Avogadro

El científico francés Gay-Lussac observó en 1808 que en las reacciones químicas de gases, las proporciones de los volúmenes de reactivos y productos siempre se simplificaban a valores de números enteros pequeños. Con base en su análisis de las observaciones de Gay-Lussac, Avogadro dedujo que un volumen dado de un gas ideal contiene la misma cantidad de moléculas en condiciones idénticas de temperatura y presión. La ‘ley de los gases de Avogadro’ es el resultado de esta idea.

Retrato del científico italiano del siglo XIX Amadeo Avogadro

Fórmula de la ley de Avogadro

La ley de Avogadro establece que el volumen de un gas, V , es proporcional al número de partículas en el gas, n . Matemáticamente, esta relación se puede expresar de la siguiente manera:

$$ V \ propto n $$

Los químicos usan los moles para contar partículas como átomos y moléculas. El número de Avogadro , N A , es el número de partículas que forman un mol de una sustancia. Con el tiempo, múltiples experimentos han determinado que N A es 6.02 x 10 23 partículas por mol. Existe una relación lineal entre el volumen de un gas y el número de moles de partículas de gas: a temperatura y presión constantes, a medida que aumenta el volumen de gas, también lo hace el número de moles de gas.

Relación directa entre el volumen de gas y los lunares.

En otras palabras, la relación entre el volumen V ‘y el número de partículas de gas n es igual a una constante de proporcionalidad k .

$$ \ frac {V} {n} = k $$

La ley de Avogadro también se puede escribir como:

$$ \ frac {V1} {n1} = \ frac {V2} {n2} $$

De acuerdo con esta ecuación, cuando el número de partículas en un gas cambia de n 1 a n 2 , entonces el volumen cambia de V 1 a V 2 , y viceversa.

Ley de Avogadro y ecuación de los gases ideales

La ley de los gases ideales describe la relación entre volumen, temperatura y presión en un gas ideal. Usando P = presión, V = volumen, n = número de moles de partículas de gas, R = constante universal del gas y T = temperatura, la ecuación del gas ideal se puede escribir de la siguiente manera:

$$ PV = nRT $$

Usando la ley de los gases ideales, se puede derivar fácilmente la ley de Avogadro. Como primer paso, aísle la relación de volumen, V , y moles, n, en un lado de la ecuación de la ley de los gases ideales:

$$ \ frac {V} {n} = \ frac {RT} {P} $$

Siendo una constante, ‘R’ nunca varía. La relación de R , T y P es igual a una constante, k , si la temperatura, T y la presión también permanecen sin cambios:

$$ \ frac {RT} {P} = k $$

Como resultado de los sustitutos, surge la fórmula de la ley de Avogadro:

$$ \ frac {V} {n} = k $$

La ley de los gases ideales describe el comportamiento de los gases sin fuerzas intermoleculares. Sin embargo, el comportamiento de un gas a temperaturas muy bajas o presiones muy altas se desviará de la ley de los gases ideales y, por lo tanto, la ley de Avogadro no se mantendrá. En estas condiciones, las partículas de gas se atraerán entre sí, haciéndolas ya no ideales . Además, las masas molares de los gases de muy baja masa son más ideales que las de los gases de gran masa.

Volumen molar

El volumen molar es el volumen de espacio ocupado por un mol de una sustancia. La temperatura y la presión determinan el volumen molar de los gases.

Volumen molar estándar

A diferentes temperaturas y presiones, los gases tienen diferentes volúmenes molares. A una temperatura y presión estándar (STP), el volumen ocupado por un gas ideal se denomina volumen molar estándar ( V m ). Por lo general, las condiciones STP se definen como 273,15 K (0 ℃, 32 ℉) y 1 atm (101,325 kPa). En estas condiciones, los gases ideales tienen un volumen molar de 22,4 litros / mol.

A temperatura y presión estándar, STP, un mol de cualquier gas ocupa 22,4 L

Un punto clave a tener en cuenta es que STP es 273 K (0 ℃, 32 ℉) y no la temperatura ambiente. Generalmente se considera que la temperatura ambiente es de 298 K (25 ℃, 77 ℉).

Uso de la unidad SI para la presión, Pa, metros cúbicos para el volumen y 10 5 Pa para la presión, tal como se recomienda por la Unión Internacional de Pure y químicos Aplicada (IUPAC), el volumen molar estándar es de 0,022710 m 3 (22.710 L).

Cómo calcular el volumen molar

Para las moléculas de gas, la fórmula del volumen molar se deriva de la ecuación del gas ideal:

$$ PV = nRT $$

Si ‘V’ se aísla de un lado de la ecuación, da como resultado:

$$ V = \ frac {nRT} {P} $$

Fórmula de volumen molar

El volumen molar estándar (V m ) donde P = 1 atm, n = 1 mol, R = 0.082 057 46 L atm K -1 mol -1 , y T = 273.15 se calcula de la siguiente manera:

$$ 22.4139 \, L = \ frac {1 \, mol \: 0.082 057 46 \: L \, atm \, K ^ {^ {- 1}} \, mol ^ {^ {- 1}} \, 273.15 \ , K} {1 \: atm} $$

Se pueden lograr diferentes resultados basados ​​en diferentes números de lunares. Por ejemplo, dos moles de un gas ideal tienen el doble del volumen de un mol en STP.

$$ 44.8280 \, L = \ frac {2 \, mol \: 0.082 057 46 \: L \, atm \, K ^ {^ {- 1}} \, mol ^ {^ {- 1}} \, 273.15 \ , K} {1 \: atm} $$

El volumen molar de un gas será diferente en condiciones no estándar. Por ejemplo, a temperatura ambiente, 298 K, un gas ideal tiene un volumen molar superior a 22,4 L:

$$ 24.5 \, L = \ frac {1 \, mol \: 0.082057 46 \: L \, atm \, K ^ {^ {- 1}} \, mol ^ {^ {- 1}} \, 298 \ , K} {1 \: atm} $$

Si la presión es de 2 atm, el volumen se reduce a la mitad:

$$ 11.207 \, L = \ frac {1 \, mol \: 0.082 057 46 \: L \, atm \, K ^ {^ {- 1}} \, mol ^ {^ {- 1}} \, 273.15 \ , K} {2 \: atm} $$

Unidades de volumen molar

La unidad SI para el volumen molar es m 3 / mol. Los científicos, sin embargo, utilizan una variedad de unidades de volumen molar. El volumen de un metro cúbico es relativamente grande. Los litros, o L, son mucho más pequeños y, por lo tanto, se utilizan a menudo como unidad de volumen molar. 1 m 3 es igual a 1000 L. En ocasiones también se utilizan otras unidades, como dm 3 / mol y cm 3 / mol. Un dm 3 es igual a 1 L. Un cm 3 es igual a 0,001 L.

Resumen de la lección

Según la ley de Avogadro , volúmenes iguales de gases contienen el mismo número de moléculas cuando están a la misma temperatura y presión. Esta relación es válida para gases ideales que no experimentan fuerzas de atracción entre partículas.

  • La ley de Avogadro se formula de la siguiente manera:

$$ \ frac {V} {n} = k $$

o

$$ \ frac {V1} {n1} = \ frac {V2} {n2} $$

  • Los lunares son unidades de medida para contar partículas pequeñas. El número de Avogadro , 6.02 x 10 23 , es el número de partículas en un mol. El volumen molar es la cantidad de espacio que ocupa un mol de una sustancia.

La fórmula de la ley de Avogadro se puede derivar de la ley de los gases ideales , que relaciona el volumen, la presión, la temperatura y el número de moles de un gas ideal.

  • La ecuación del gas ideal es:

$$ PV = nRT $$

  • La temperatura y presión estándar ( STP ) es 273.15 K y 1 atm.
  • El volumen molar de un gas en STP se denomina volumen molar estándar .
  • El volumen molar estándar de un gas ideal es 22,4 L / mol.

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