Vínculo entre Ley de Avogadro y teoría cinética número de Avogadro
"El volumen de un gas en condiciones normalizadas (0 °C y 1 atm) es directamente proporcional al número de moléculas presentes".
La doctrina de Avogadro (también conocida como conjetura de Avogadro o principios de Avogadro) o teoría de Avogadro-Ampère es una ley probada empíricamente acerca de los gases que establece una relación entre el tamaño de un gas y la cantidad de sustancia del mismo. Esta ley es un caso particular de la doctrina de los gases ideales y se expresa en la actualidad de la siguiente manera: "El tamaño de un gas a condiciones normales (0 °C y 1 atm) es proporcional al número de moléculas presentes".
Definición matemáticaeditar
La ley de Avogadro:Según esta ley, en las mismas condiciones de temperatura y presión, volúmenes iguales de cualquier gas contienen el mismo número de moléculas. Esto significa que si se comparan diferentes gases bajo dos conjuntos distintos de condiciones, siempre se cumple esta regla.
Una forma útil de expresar esta ley es mediante la siguiente ecuación:
Donde V es el volumen del gas, n es el número de moles y R es la constante de proporcionalidad. Como se puede observar, a medida que aumenta el número de moles de gas, el volumen también lo hace en proporción. Lo mismo sucede si se reduce el número de moles, disminuyendo también el volumen.
De esta manera, queda demostrado que el número de moléculas o átomos en un volumen específico de gas ideal no depende de su tamaño o masa molar. Esta ley también se puede expresar de la siguiente forma:
V = N * kB * TDonde N es el número de partículas en el gas, kB es la constante de Boltzmann y T la temperatura en Kelvin. Además, la relación entre R y kB es igual a la constante de Avogadro.
Todo lo que necesitas saber acerca del Número de Avogadro Preguntas Comunes
Además, se ha establecido que un mol equivale al número de Avogadro. Por lo tanto, si se cuenta con un número de átomos o moléculas, simplemente se puede dividir ese número por el número de Avogadro para obtener su equivalente en moles.
Descripción
La teoría cinética de los gases parte del postulado de que las velocidades y las direcciones de las moléculas están distribuidas al azar. En otras palabras, no sigue un patrón determinado.
Cuando hablamos de las velocidades de las moléculas, es importante tener en cuenta que se miden en relación al centro de masa del sistema gaseoso. Por lo tanto, la presión y la temperatura del gas no se ven afectadas por el movimiento del recipiente que lo contiene.
Si asumimos que las velocidades en dirección positiva del eje X (o del eje Y o Z) son igualmente probables que en dirección negativa, entonces las velocidades medias a lo largo de esos ejes serán nulas.
La Importancia del Número de Avogadro en la Química
El número de Avogadro, representado por 6,022 x 1023, es una cifra fundamental en la ciencia que recibe su nombre en honor al ilustre científico italiano Amedeo Avogadro (1776-1856). También conocida como constante de Avogadro, esta cantidad se utiliza en la ley que postula que en condiciones de igual temperatura y presión, volúmenes iguales de diferentes gases contienen la misma cantidad de partículas.
La importancia de esta constante radica en su utilidad para contar partículas o sustancias microscópicas a partir de mediciones macroscópicas, como la masa.
Sin embargo, hay que mencionar también a otros numerosos científicos que han contribuido, de diversas maneras, a consolidar la constante de Avogadro. Entre ellos destaca el físico francés Jean Perrin, laureado con el Premio Nobel por sus investigaciones basadas en la determinación de esta constante.
Física Estadística y Termodinámica
Aprendiendo sobre un sistema de muchas partículasEn esta sección, nos adentraremos en el estudio de un sistema complejo compuesto por varias partículas y analizaremos su comportamiento promedio a nivel microscópico. Específicamente, nos enfocaremos en calcular la presión que ejerce este sistema de partículas, en términos de los choques que experimentan las moléculas del gas al colisionar con las paredes del recipiente.
Entendiendo la relación entre presión, volumen y temperaturaNuestro objetivo es explorar las relaciones entre las variables de presión, volumen y temperatura en un modelo de gas ideal bidimensional. También buscaremos comprender la interpretación cinética de la presión y la temperatura de un gas.
Análisis del gas ideal bidimensionalEl gas ideal bidimensional se encuentra restringido en un recipiente con un émbolo móvil, lo que nos permite variar su volumen (área). Al principio, las moléculas se encuentran en posiciones y direcciones aleatorias, con velocidades proporcionales a la raíz cuadrada de la temperatura. Este sistema se encuentra en equilibrio a una temperatura determinada T, donde las partículas chocan entre sí y con las paredes del recipiente de manera elástica.
Importancia y cálculo del valor de Avogadro
El número de Avogadro es inmenso, equiparable al volumen de la Luna dividido en bolas de 1 mm de radio. Esto nos permite establecer conversiones entre gramos y unidades de masa atómica.
Un mol de átomos de un elemento equivale a 12 gramos de carbono-12, lo que significa que la masa en gramos de un mol de átomos es igual al peso atómico en unidades de masa atómica del elemento en cuestión.
Además, existen varios métodos para medir el número de Avogadro, entre ellos la coulombimetría y el método de la masa de electrones (CODATA). También se puede medir a través de la densidad del cristal mediante rayos X.
La esencia del mol Explorando el valor del número de Avogadro
El mol es una unidad estándar ampliamente utilizada en el campo de la química. Esta unidad nos permite transformar la UMA (unidad de masa atómica) a una unidad más práctica, los gramos, para su uso en fórmulas y ecuaciones químicas.
El coeficiente, que aparece delante del símbolo de cada molécula, indica el número de moles. En caso de no estar escrito, su valor es de 1.
En el caso de que haya un paréntesis, el coeficiente se multiplica por el conjunto. Por ejemplo, si hay 2 mol de átomos de O, sabemos que 1 mol equivale a 6,022 x 1023 átomos, por lo que tendremos un total de 12,044 x 1023 átomos de O.
Aportes de otros científicos
El físico y químico austríaco Johann Josef Loschmidt tuvo un papel fundamental en sus tiempos. Fue uno de los primeros en estudiar y teorizar sobre el tamaño molecular y la valencia atómica. De hecho, fue el primer científico en calcular el tamaño de las moléculas del aire.
Su teoría cinética de los gases tuvo una gran relevancia en su época, a pesar de contar con algunos errores. Tanto es así, que actualmente se hace referencia a lo que se conoce como la constante de Loschmidt en este mismo campo. Ver también: Masa atómica Utilidad y estimación del número de Avogadro
Es importante mencionar que el número de Avogadro es realmente inmenso: equivale, por ejemplo, al volumen entero de la Luna dividido en bolas de apenas un milímetro de radio. Asimismo, este número permite convertir entre el gramo y la unidad de masa atómica.
Por tanto, se puede afirmar que el desarrollo de la teoría cinética de los gases por parte de Johann Josef Loschmidt fue clave en su época y sigue siendo reconocido en la actualidad con la constante que lleva su nombre. Además, gracias al número de Avogadro, es posible realizar conversiones entre el gramo y la unidad de masa atómica con una enorme precisión.
Actividades
Se puede ver el vector velocidad de cada partícula al introducir un número reducido de ellas en el campo titulado "Número de partículas", como por ejemplo, 5.
Cuando se presiona el botón "Pausa", se pausan momentáneamente las moléculas para poder observar detenidamente su vector velocidad correspondiente. Al seguir pulsando el botón "Paso", es posible seguir paso a paso el movimiento de las moléculas y observar cómo interactúan entre sí y con las paredes del recipiente, lo que afecta directamente a sus respectivos vectores velocidad.
