Llei d'Avogadro

De Viquipèdia
Dreceres ràpides: navegació, cerca
Amedeo Avogadro

La llei d'Avogadro fou proposada i publicada pel químic italià Amedeo Avogadro (1776-1856) l'any 1811. És una llei molt important perquè va permetre explicar dins de la teoria atòmica la llei dels volums de combinació de Gay-Lussac. Diu que:

Si la temperatura i la pressió d'un gas són constants, el volum del gas és proporcional al nombre de molècules d'aquests.

La fórmula és :

\frac{V_1}{V_2} = \frac{n_1}{n_2}

On :

  • El subíndex 1 representa un dels gasos i el subíndex 2 l'altre
  • V = volum
  • n = nombre de mols

Antecedents[modifica | modifica el codi]

La llei de Charles i Gay-Lussac no tenia una interpretació adequada basant-se en els postulats de la teoria atòmica de Dalton. Per a John Dalton i els seus seguidors, les partícules que formen els elements químics eren els àtoms i segons la seva hipòtesi de màxima simplicitat si dos elements formen un compost químic, aquest tindrà un àtom de cada element. Així, per a l'aigua suposava una fórmula HO. Segons això, un volum d'hidrogen hauria de combinar-se amb un volum igual d'oxigen per donar un sol volum de vapor d'aigua, en contra del que les dades experimentals mostraven.

La hipòtesi d'Avogadro[modifica | modifica el codi]

Stanislao Cannizzaro

No va ser fins a 1814 quan Amedeo Avogadro va proposar l'existència de molècules formades per dos o més àtoms. Segons Avogadro, en una reacció química una molècula de reactiu ha de reaccionar amb una o diverses molècules d'un altre reactiu, donant lloc a una o diverses molècules del producte, però una molècula no pot reaccionar amb un nombre no sencer de molècules, ja que la unitat mínima d'un reactiu és la molècula. Ha d'existir, per tant, una relació de nombres enters senzills entre les molècules dels reactius, i entre aquestes molècules i les del producte.

Segons la llei de Charles i Gay-Lussac aquesta mateixa relació és la que ocorre entre els volums dels gasos en una reacció química. Per això, deu existir una relació directa entre aquests volums de gasos i el nombre de molècules que contenen.

Per a explicar aquesta llei, Avogadro va assenyalar que les molècules de la majoria dels gasos elementals més habituals (hidrogen, clor, oxigen, nitrogen, etc.) eren diatòmiques (H2, Cl2, O2, N2, etc.), és a dir, que per mitjà de reaccions químiques es poden separar en dos àtoms.

La llei d'Avogadro no va ser admesa per la comunitat científica fins que el 1860 quan Stanislao Cannizzaro va presentar en una reunió científica a Karlsruhe un article (publicat en 1858) sobre les hipòtesis d'Avogadro i la determinació de masses atòmiques.

Amb aquestes suposicions, la justificació de la llei dels volums de combinació de Gay-Lussac és prou senzilla, com es mostra en els següents exemples.

Síntesi de l'àcid clorhídric[modifica | modifica el codi]

Esquema de la síntesi de HCl

Experimentalment es comprova que un volum d'hidrogen reacciona amb un volum de clor per a donar dos volums de clorur d'hidrogen.

Segons el que estableix la llei d'Avogadro, en cada volum de clor i d'hidrogen hi haurà un mateix i determinat nombre de molècules (a la figura sis molècules).

Com que les molècules d'hidrogen i clor són diatòmiques, la reacció química de síntesi del HCl consistiria en la ruptura de les molècules d'hidrogen i clor i la seva posterior reorganització per a donar dotze molècules de HCl (una per cada àtom de clor i hidrogen). Com hem suposat que en un volum de gas hi ha sis molècules, dotze molècules corresponen a un volum dues vegades major.

Els volums dels gasos reactius estan en la relació 1:1, mentre que el de clorur d'hidrogen respecte al de clor o al d'hidrogen està en la relació 2:1, tal com s'establix la llei de Charles i Gay-Lussac.

Síntesi de l'aigua[modifica | modifica el codi]

Esquema de la síntesi de l'aigua (H2O)

Experimentalment es comprova que dos volums d'hidrogen reaccionen amb un volum d'oxigen per a donar dos volums d'aigua.

D'acord amb la llei d'Avogadro, la reacció de síntesi de l'aigua necessitaria que dues molècules d'hidrogen reaccionassin amb una molècula d'oxigen per a obtindre dues molècules d'aigua. La molècula d'oxigen ha d'estar formada almenys per dos àtoms, perquè almenys un d'ells entri a formar part de cada molècula d'aigua. Si suposem que en un volum de gas hi ha sis molècules, tenim com a reactius 12 àtoms d'hidrogen i 12 àtoms d'oxigen. Si obtenim dos volums d'aigua (12 molècules), cada molècula d'aigua ha de tindre de fórmula H2O i no HO com creia John Dalton.

Síntesi de l'amoníac[modifica | modifica el codi]

Esquema de la síntesi de l'amoníac (NH3)

Experimentalment es comprova que tres volums d'hidrogen reaccionen amb un volum de nitrogen per a donar dos volums d'amoníac.

Aquesta reacció de síntesi de l'amoníac precisa que tres molècules d'hidrogen reaccionin amb una molècula de nitrogen donant lloc a dues molècules d'amoníac. La molècula de nitrogen ha d'estar formada almenys per dos àtoms, perquè almenys un d'ells entri a formar part de cada molècula d'amoníac. Si suposem que en un volum de gas hi ha sis molècules, tenim com a reactius 36 àtoms d'hidrogen i 12 àtoms de nitrogen. Si obtenim dos volums d'amoníac (12 molècules), cada molècula ha de tindre de fórmula NH3.

Referències[modifica | modifica el codi]

  • Babor, J.A.; Ibarz, J. Química General Moderna. 8a ed. (en castellà). Barcelona: Marín, 1979. ISBN 84-7102-997-9.