กฎของอาโวกาโดร

อาเมเดโอ อาโวกาโดร(Lorenzo Romano Amedeo Carlo Avogadro ค.ศ.1776 - 1856)

          นักวิทยาศาสตร์ชาวอิตาลีชื่อ อาเมเดโอ อาโวกาโดร ได้ศึกษาความสัมพันธ์ระหว่างปริมาตรกับปริมาณของแก๊ส โดยเขาได้เสนอสมมติฐานไว้ในปี ค.ศ. 1811 ว่า "ที่อุณหภูมิและความดันเดียวกัน แก๊สต่างชนิดกันที่มีปริมาตรเท่ากันจะมีจำนวนโมเลกุลเท่ากัน" ซึ่งหมายความว่า แก๊สทุกชนิดจะมีปริมาตรเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ เมื่อจำนวนโมเลกุลของแก๊สเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ เช่นกัน แต่ข้อสมมติฐานของเขาไม่ได้รับการยอมรับจากวงการวิทยาศาสตร์ในสมัยนั้นเป็นเวลาเกือบ 50 ปี และต่อมาเมื่อ สตานิซาโล คานนิซาโร(Stanisalo Cannizaro) ได้ทดลองพิสูจน์และได้นำเสนอในที่ประชุมวิทยาศาสตร์เมื่อปี ค.ศ. 1860 สมมติฐานของอาโวกาโดรจึงได้รับการยอมรับในที่สุด และเพื่อเป็นเกียรติแก่อาโวการโดร ตัวเลข 1 โมลซึ่งเท่ากับ 6.02 x 10²³ จึงเรียกว่า เลขอาโวกาโดร (Avogadro Number) จากข้อสมมติฐานของอาโวกาโดรเมื่อได้ทดลองซ้ำต่อมาหลายๆ ครั้งก็ยืนยันความสัมพันธ์ที่เป็นไปตามสมมติฐานอาโวกาโดร จึงตั้งเป็นกฏของอาโวกาโดรขึ้นมา ซึ่งกล่าวว่า "ที่ความดันและอุณหภูมิของแก๊สคงที่ ปริมาตรของแก๊สจะแปรผันตรงกับจำนวนโมเลกุลหรือจำนวนโมลของแก๊สนั้น" ดังแผนภาพด้านล่าง

          เมื่อ n คือจำนวนโมล และ V คือปริมาตรของแก๊ส

          จากแผนภาพ เมื่อ n มีจำนวนน้อย V ก็จะน้อยด้วย แต่เมื่อ n มีจำนวนมากขึ้น V ก็จะมากขึ้นตามไปด้วย จากสมมติฐานของอาโวกาโดรเขียนเป็นความสัมพันธ์ทางคณิตศาสตร์ได้ว่า ปริมาตรของแก๊ส แปรผันตรงกับจำนวนโมลของแก๊ส

     

..............................1

เมื่อ k เป็นค่าคงที่ของการแปรผัน

อัตราส่วนของปริมาตรกับจำนวนโมลของแก๊สจะเป็นค่าคงที่ k

ที่ สภาวะ STP แก๊สทุกชนิด 1 โมล มีปริมาตรเท่ากับ 22.4 L

          ตัวอย่างพฤติกรรมแก๊สที่เป็นไปตามกฏของอาโวกาโดรเช่น แก๊ส ฮีเลียม(He) 1 โมล บรรจุในกระบอกสูบ เมื่อความดันภายนอกเท่ากับ 1 atm ที่อุณหภูมิ 273 K เราจะได้ปริมาตรที่แก๊ส He ครอบครองในกระบอกสูบนั้นเท่ากับ 22.4 L ดังรูป ก แต่เมื่อเพิ่มแก๊ส He เข้าไปอีก 1 โมล รวมเป็น 2 โมล ปริมาตรของ He ในกระบอกสูบก็จะเพิ่มขึ้นเป็น 44.8 L หรือ 2 เท่า จากปริมาตรเดิม ดังรูป ข และเมื่อเพิ่มปริมาณของแก๊ส He เข้าไปอีก 1 โมลกลายเป็น 3 โมล ปริมาตรของแก๊ส He ก็จะเป็น 67.2 L ดังรูป ค

จากปรากฏการณ์นี้ ถ้าเรานำค่าไปแทนในสมการ 1 เราจะได้ว่า
รูป ก. V = 22.4 L,n = 1 mol
K = 22.4 L/1mol = 22.4 L/mol
รูป ข. V = 44.8 L, n = 2 mol
K = 44.8 L/2 mol = 22.4 L/mol เป็นต้น

          นั่นหมายความว่า สัดส่วนระหว่างปริมาตรและจำนวนโมลของแก๊ส He มีค่าคงที่

          กรณีเช่นเดียวกันกับแก๊สต่างชนิดกัน เมื่อมีจำนวนโมเลกุลหรือจำนวนโมลเท่ากัน ที่สภาวะความดันและอุณหภูมิเดียวกัน ปริมาตรของแก๊สเหล่านั้นจะมีค่าเท่ากันเสมอ

          ดังตัวอย่างใน รูป ง จ และ ฉ แสดงกระบอกสูบซึ่งบรรจุแก๊ส A, B และ C ตามลำดับ เมื่อแก๊สเหล่านี้มีปริมาณ 1 โมล ความดัน 1 atm ที่อุณหภูมิ 0 องศาเซลเซียส จะได้ปริมาตรของแก๊สเท่ากับ 22.4 ลิตร ดังรูป