Equipartição da Energia, Bilhar de Sinai e
Movimento Browniano
M ´ario J. de Oliveira
Instituto de F´ısica
Resumo
Destacamos nesse seminário o papel fundamental do teorema da equipartição da energia e de sua maior consequência, a hipótese de Avogadro, no desenvolvimento da teoria atômico-molecular e da teoria cinética dos gases durante o século 19, na explicação do movimento browniano por Einstein e Langevin e no estabelecimento da constante universal de Boltzmann. Para ilustrar a equipartição da energia,
apresentamos resultados de simulação numérica do movimento de dois discos rígidos de massas distintas confinados numa cavidade quadrada, que se chocam elasticamente entre si e contra as paredes da cavidade.
Resumo
Destacamos nesse seminário o papel fundamental do teorema da equipartição da energia e de sua maior consequência, a hipótese de Avogadro, no desenvolvimento da teoria atômico-molecular e da teoria cinética dos gases durante o século 19, na explicação do movimento browniano por Einstein e Langevin e no estabelecimento da constante universal de Boltzmann. Para ilustrar a equipartição da energia,
apresentamos resultados de simulação numérica do movimento de dois discos rígidos de massas distintas confinados numa cavidade quadrada, que se chocam elasticamente entre si e contra as paredes da cavidade.
Moléculas diatômicas de gases simples. Hipótese de Avogadro. Problema do calor específico.
Movimento browniano
Posicao anotada Esferas de resina de raio 0,53 µm. a cada 30 s. J. Perrin, Les Atomes, 1913.Movimento browniano
¨L’agitation moléculaire échappe à notre perception directe comme le mouvement des vagues de la mer à un observateur trop éloigné.
Cependant, si quelque bateau se trouve alors en vue, le même
observateur pourra voir un balancement que lui révélera lágitaion qu’il ne soupçonnait pas.¨ J. Perrin, Les Atomes, 1913, p. 119.
¨A agitação molecular escapa de nossa percepção direta como o
movimento das ondas do mar de um observador longínquo. Entretanto, se algum barco se encontra à vista, o mesmo observador poderá notar um balanço que lhe revelará a agitação da qual não suspeitava.¨
Movimento browniano
¨L’agitation moléculaire échappe à notre perception directe comme le mouvement des vagues de la mer à un observateur trop éloigné.
Cependant, si quelque bateau se trouve alors en vue, le même
observateur pourra voir un balancement que lui révélera lágitaion qu’il ne soupçonnait pas.¨ J. Perrin, Les Atomes, 1913, p. 119.
¨A agitação molecular escapa de nossa percepção direta como o
movimento das ondas do mar de um observador longínquo. Entretanto, se algum barco se encontra à vista, o mesmo observador poderá notar um balanço que lhe revelará a agitação da qual não suspeitava.¨
¨On voit comment s’évanouit pratiquement la notion de tangente à une trajectoire.¨ J. Perrin, Les Atomes, 1913, p. 166.
¨Vemos como se esvaece praticamente a noção de tangente a uma trajetória.¨
Movimento browniano
Robert Brown (1827) não foi o primeiro a observar o movimento errático e incessante de partículas imersas n´água. Outros como Leeuwenhoek, Buffon e Spallanzani já haviam feito essa observação. Entretanto,
contrariamente ao pensamento corrente, Brown mostrou que o
movimento não tinha caráter vital, isto é, não consistia de movimento de organismos vivos. Mostrou ainda que a agitação aumenta com a
Movimento browniano
Robert Brown (1827) não foi o primeiro a observar o movimento errático e incessante de partículas imersas n´água. Outros como Leeuwenhoek, Buffon e Spallanzani já haviam feito essa observação. Entretanto,
contrariamente ao pensamento corrente, Brown mostrou que o
movimento não tinha caráter vital, isto é, não consistia de movimento de organismos vivos. Mostrou ainda que a agitação aumenta com a
diminuição do tamanho da partícula.
Christian Wiener (1863) e Giovanni Cantoni (1868) atribuem a causa do movimento browniano ao movimento das moléculas do líquido.
Movimento browniano
Robert Brown (1827) não foi o primeiro a observar o movimento errático e incessante de partículas imersas n´água. Outros como Leeuwenhoek, Buffon e Spallanzani já haviam feito essa observação. Entretanto,
contrariamente ao pensamento corrente, Brown mostrou que o
movimento não tinha caráter vital, isto é, não consistia de movimento de organismos vivos. Mostrou ainda que a agitação aumenta com a
diminuição do tamanho da partícula.
Christian Wiener (1863) e Giovanni Cantoni (1868) atribuem a causa do movimento browniano ao movimento das moléculas do líquido.
Karl Nägeli (1879) e William Ramsay (1882) sugerem que as massas e as velocidades das moléculas são insuficientes para movimentar as
partículas por colisão. Massa das partículas cerca de 108 vezes maior do que as moléculas. Ramsay sugere que as moléculas se juntam formando um agregados de massa considerável.
Movimento browniano
Gouy (1888) mostrou que fatores externos como campos magnéticos fortes não afetam o movimento browniano. Reafirmou que a causa do movimento é a agitação molecular.
Movimento browniano
Gouy (1888) mostrou que fatores externos como campos magnéticos fortes não afetam o movimento browniano. Reafirmou que a causa do movimento é a agitação molecular.
Sutherland (1905) e Einstein (1905), com base na fórmula de Stokes para a força viscosa e na expressão para a pressão osmótica, deduzem
D =
RT
N
A1
3πµa
Movimento browniano
Gouy (1888) mostrou que fatores externos como campos magnéticos fortes não afetam o movimento browniano. Reafirmou que a causa do movimento é a agitação molecular.
Sutherland (1905) e Einstein (1905), com base na fórmula de Stokes para a força viscosa e na expressão para a pressão osmótica, deduzem
D =
RT
N
A1
3πµa
Smoluchowski (1906): teoria baseada num passeio aleatório discreto e equipartição da energia.
Movimento browniano
Gouy (1888) mostrou que fatores externos como campos magnéticos fortes não afetam o movimento browniano. Reafirmou que a causa do movimento é a agitação molecular.
Sutherland (1905) e Einstein (1905), com base na fórmula de Stokes para a força viscosa e na expressão para a pressão osmótica, deduzem
D =
RT
N
A1
3πµa
Smoluchowski (1906): teoria baseada num passeio aleatório discreto e equipartição da energia.
Langevin (1908): teoria baseada em equação estocástica introduzida por ele próprio e equipartição da energia.
Movimento browniano
Gouy (1888) mostrou que fatores externos como campos magnéticos fortes não afetam o movimento browniano. Reafirmou que a causa do movimento é a agitação molecular.
Sutherland (1905) e Einstein (1905), com base na fórmula de Stokes para a força viscosa e na expressão para a pressão osmótica, deduzem
D =
RT
N
A1
3πµa
Smoluchowski (1906): teoria baseada num passeio aleatório discreto e equipartição da energia.
Langevin (1908): teoria baseada em equação estocástica introduzida por ele próprio e equipartição da energia.
Perrin (1908) determinou a constante de Avogadro pelo coeficiente de difusão obtido a partir da medida do deslocamento quadrático médio.
Movimento browniano
Einstein: a grandeza apropriada para mensuração é o deslocamento e não a velocidade; em particular o deslocamento quadrático médio
Movimento browniano
Einstein: a grandeza apropriada para mensuração é o deslocamento e não a velocidade; em particular o deslocamento quadrático médio
hx
2i = Dt
0 20 40 60 0 1 2 3 < r 2 > <r2>=2DtRelação de Sutherland-Einstein (1905)
Força osmótica sobre um região de cilíndrica de seção reta de área A e comprimento ∆x
F
o= (p
0− p)A = kT (ρ
0− ρ)A = kT A
dρ
dx
∆x
onde usamos p = kT ρ e ρ = N/V . Força viscosa agindo sobre as
n = (A∆x)ρ partículas que estão dentro da região, que têm velocidade v
F
v= nαv = A∆x ρ α v
Igualando Fo = Fv, obtém-seρ v =
kT
α
dρ
dx
ρ v =
D
2
dρ
dx
Teoria de Smoluchowski (1906)
Marian von Somluchowski, ¨Zur kinetischen Theorie der Brownschen
Molekularbewegung und der Suspensionen¨, Annalen der Physik 21, 756 (1906). Passeio aleatório tridimensional.
Teoria de Smoluchowski (1906)
Marian von Somluchowski, ¨Zur kinetischen Theorie der Brownschen
Molekularbewegung und der Suspensionen¨, Annalen der Physik 21, 756 (1906). Passeio aleatório tridimensional.
P0 P P P3 2 1 Z X Y
Teoria de Langevin (1908)
¨J´ai pu constater qu´il est facile de donner une démonstration infiniment plus simple. Le point de départ est toujours le même: le théoreme
d´equipartition de l´energie cinétique entre les divers degrés de liberté d´un système en équilibre thermique exige qu´une particule en
suspension dans un fluide quelconque possède une energie cinétique moyenne RT /2N égale à celle d´une molécule gazeuse de nature
quelconque à la même temperature.¨ Paul Langevin, Sur la théorie du mouvement brownien, Comptes Rendus 146, 530 (1908).
¨Pude constatar que é fácil dar uma demonstração infinitamente mais simples. O ponto de partida é sempre o mesmo: o teorema da
equipartição da energia cinética entre os diversos graus de liberdade de um sistema em equilíbrio térmico exige que uma partícula em suspensão
num fluido qualquer possua uma energia cinética média RT /2N igual
àquela de uma molécula gasosa de natureza qualquer à mesma temperatura¨.
Equação de Langevin
Movimento de uma partícula de massa
m
sujeita a forças aleatóriasm
dv
dt
= −αv + F (t),
hF (t)i = 0,
hF (t)F (t
0)i = Bδ(t − t
0).
Fórmula de Stokes para esferas de raio
a
e meio de viscosidadeµ
α = 6πµa.
Os parâmetros
m, a, µ
.
são conhecidos. E quanto ao parâmetroB,
Correlação das velocidades
Tempos longoshv(t
1)v(t
2)i = u
2e
−α|t1−t2|/mu
2=
B
mα
Coeficiente de difusãoh[x(t)]
2i = Dt
→
D = 2
Z
∞ 0hv(0)v(t)idt
D =
2mu
2α
Equipartição da energia
Teorema da equipartição da energia cinética
1
2
mu
2=
1
2
kT,
k =
R
N
Aonde R é a constante universal dos gases e NA é a constante de
Avogadro. Desse resultado obtém-se a relação de Sutherland-Einstein
D =
2kT
α
=
kT
3πµa
Observação. Aparentemente nenhum dos autores mencionados
percebem que a razão R/NA = k é uma constante universal. A atenção
estava voltada para a determinação da constante de Avogadro a partir da qual se poderia determinar as massas absolutas das moléculas por meio da hipótese de Avogadro.
Hipótese de Avogadro
De acordo com a teoria cinética dos gases,
pV
é igual a 2/3 da energia cinética de translação das moléculas do gáspV =
1
3
N mv
2A partir da equipartição da energia
1
2
mv
2=
3
2
kT
obtém-sepV = N kT
ou seja,
V /N
só depende da pressão e temperatura, que é a hipótese de Avogadro.Constante de Avogadro
A constante de Avogadro NA é igual ao número de moléculas (1 mol)
contidas num volume correspondente a uma massa de hidrogênio igual a 2 g, à temperatura de zero grau Celsius e pressão de uma atmosfera
T
0= 273, 15K
p
0= 101325Pa
V
0= 22, 4dm
3p
0V
0= N
AkT
0R = N
Ak = 8, 32J/Kmol
A determinação da constante
k
significa determinar a constante de Avogadro. Denotando porn = N/N
A o número de moles:Constante de Boltzmann
Planck parece ter sido o primeiro a reconhecer k = R/NA como uma
constante universal. Originalmente, escreve a fórmula da radiação com dois parâmetros:
E
λdλ =
c
1λ
−5e
c2/λT− 1
dλ
Depois escreve na forma equivalente
u
νdν =
8πhν
3c
3dν
e
hν/kθ− 1
onde λν = c. Um ajuste aos dados experimentais permite determinar os dois parâmetros c1 e c2 e portanto h e k. Planck mostra que a constante k
está relacionada com a constante universal dos gases R e com a razão ω
entre a massa de uma molécula e a massa de um mol [inverso da constante de Avogadro] por
k = Rω
.
Opalescência crítica
Smoluchowkski. Nas proximidades do ponto crítico líquido-vapor ocorre o fenômeno da opalescência crítica provocado por grandes flutuações na densidade. O coeficiente de difusão D = 2kT /α cresce sem limites, o que implica que α se anula. A distribuição deixa de ser gaussiana e passa a ser de Levy.
Bilhar
m2 m1 L d lado diametroBilhar
m2 m1 L d lado diametroL = 11
d = 1
m
1= 1
m
2= 10
Trajetórias
0 11 x1 0 11 y1 m1=1Trajetórias
0 11 x1 0 11 y1 m1=1 0 11 x2 0 11 y2 m2=10Trajetórias
0 11 x1 0 11 y1 m1=1 0 11 x2 0 11 y2 m2=100 ≤ x
1, y
1≤ 11
0 ≤ x
2, y
2≤ 11
Distribuição de velocidades
−2 −1 0 1 2 v 0 0.5 1 1.5 P m1=1 m2=10Distribuição de velocidades
−2 −1 0 1 2 v 0 0.5 1 1.5 P m1=1 m2=10 −2 −1 0 1 2 ξ = (m/2)1/2 v 0 0.2 0.4 0.6 0.8 ρ = P ( m /2) −1/2 m1=1 m2=10Distribuição de velocidades
−2 −1 0 1 2 v 0 0.5 1 1.5 P m1=1 m2=10 −2 −1 0 1 2 ξ = (m/2)1/2 v 0 0.2 0.4 0.6 0.8 ρ = P ( m /2) −1/2 m1=1 m2=10P =
m
πE
r 2E
m
− v
2ρ =
2
πE
p
E − ξ
2Distribuição microcanônica
Sistema com n graus de liberdade
H(ξ) =
nX
i=1ξ
i2ξ
i=
r m
i2
v
iP (ξ) =
1
W
nδ(E − H(ξ))
W
n(E) =
π
n/2Γ(n/2)
E
(n−2)/2Distribuição de probabilidades de uma das variáves ξi
ρ
n(ξ
i) =
W
n−1(E − ξ
2 i)
W
n(E)
=
Γ(
n2)
√
π Γ(
n−12)
(E − ξ
i2)
(n−3)/2E
(n−2)/2Distribuição de Maxwell
ρ
2(ξ
i) =
1
π
(E − ξ
2 i)
−1/2n = 2
ρ
4(ξ
i) =
2
πE
(E − ξ
2 i)
1/2n = 4
ρ
4(ξ
i) =
16
5πE
2(E − ξ
2 i)
3/2n = 6
ρ(ξ
i) =
√
1
2π
e
−ξi2/2E = n
n → ∞
Auto-correlação das velocidades
0 20 40 60 80 100 t −0.5 0 0.5 1 C(t) C(t)=2m<v(0)v(t)>Auto-correlação das velocidades
0 20 40 60 80 100 t −0.5 0 0.5 1 C(t) C(t)=2m<v(0)v(t)> 0 20 40 60 80 100 t m−1/2 −0.5 0 0.5 1 C(t)Auto-correlação das velocidades
0 20 40 60 80 100 t −0.5 0 0.5 1 C(t) C(t)=2m<v(0)v(t)> 0 20 40 60 80 100 t m−1/2 −0.5 0 0.5 1 C(t) 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 ν 0 0.02 0.04 0.06 0.08 S( ν) S(ν) fourier de C(t)Auto-correlação das velocidades
0 20 40 60 80 100 t −0.5 0 0.5 1 C(t) C(t)=2m<v(0)v(t)> 0 20 40 60 80 100 t m−1/2 −0.5 0 0.5 1 C(t) 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 ν 0 0.02 0.04 0.06 0.08 S( ν) S(ν) fourier de C(t) 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 ν m1/2 0 0.02 0.04 0.06 0.08 S( ν)Equação dos gases
A relação entre a pressão p e o volume V dos gases foi estabelecida e verificada experimentalmente por Boyle, Mariotte, Amontons, Charles, Gay-Lussac e Dalton. Carnot (1824), Clapeyron (1834) e Clausius (1851) a escrevem na forma
pV = A(a + t)
onde t é a temperatura na escala Celsius. Carnot e Clapeyron adotam o valor a = 267, obtido experimentalmente por Gay-Lussac (1802) e
Clausius o vallor a = 273 obtido experimentalmente por Regnault (1842). Os trabalhos de Kelvin (1850)mostram que (a + t) se identifica com a
temperatura absoluta T. A constante A deve ser proporcional à massa de gás de modo que
pV = M rT
Teoria cinética dos gases
Daniel Bernoulli (1738). Primeira teoria cinética. Partículas dotadas de movimento translacional. A pressão exercida por um gás é devido ao impacto das partículas sobre as paredes do recipiente. Mostra que a pressão é inversamente proporcional ao volume.
Teoria cinética dos gases
Daniel Bernoulli (1738). Primeira teoria cinética. Partículas dotadas de movimento translacional. A pressão exercida por um gás é devido ao impacto das partículas sobre as paredes do recipiente. Mostra que a pressão é inversamente proporcional ao volume.
Herapath (1821) postula que os corpos sólidos e fluidos são constituídos por átomos massivos e perfeitamente elásticos. Deduz a fórmula
pV = 1 3N mv 2 = 1 3M v 2 (∗)
Teoria cinética dos gases
Daniel Bernoulli (1738). Primeira teoria cinética. Partículas dotadas de movimento translacional. A pressão exercida por um gás é devido ao impacto das partículas sobre as paredes do recipiente. Mostra que a pressão é inversamente proporcional ao volume.
Herapath (1821) postula que os corpos sólidos e fluidos são constituídos por átomos massivos e perfeitamente elásticos. Deduz a fórmula
pV = 1 3N mv 2 = 1 3M v 2 (∗)
onde N é o número de moléculas, m é a massa e v é a velocidade delas.
Waterston (1845) sugere que a temperatura é proporcional à energia cinética. Primeiro enunciado da equipartição: numa mistura de gases, a velocidade qudrática média molecular é inversamente proporcional ao peso específico da molécula.
Teoria cinética dos gases
Artigo de Krönig (1856) considerado o primeiro trabalho sobre a teoria cinética. Supõe que as moléculas de um gás se movem em linha reta com velocidade constante e paralela às paredes e deduz (*)
Teoria cinética dos gases
Artigo de Krönig (1856) considerado o primeiro trabalho sobre a teoria cinética. Supõe que as moléculas de um gás se movem em linha reta com velocidade constante e paralela às paredes e deduz (*)
Clausius (1857), artigo fundamental sobre a teoria cinética. Deduz (*) sem a restrição de Krönig sobre impacto perpendicular. Admite que as moléculas podem ter outros tipos de movimento além do movimento de translação, como o movimento de rotação e vibração. Mostra que a
pressão não é afetada por esses novos tipos de movimento. Clausius propões que as moléculas são constituídas por vários átomos.
Aparentemente, parece não tem conhecimento que essa idéia já havia sido proposta pelos químicos, inclusive para gases simples. Entretanto, foi o primeiro a propor a idéia no âmbito da teoria cinética. Com base em (*) conclui que volume iguais de gases, sujeitos à mesma pressão e
temperatura contém o mesmo número de átomos (sic) e a mesma energia cinética de translação.
Teoria cinética dos gases
Maxwell (1860) introduz a distribuição das velocidades das moléculas de um gás
4
α
3√
π
v
2
e
−v2/α2dv
Teoria cinética dos gases
Maxwell (1860) introduz a distribuição das velocidades das moléculas de um gás
4
α
3√
π
v
2
e
−v2/α2dv
Deduz (*) mas com v2 interpretado como a velocidade quadrática média. ¨When two sets of particles communicate agitation to one another, the value of M v2 is the same en each. From this it appears that N, the
number of particles in unit volume, is the same for all gases at the same pressure and temperature. This result agrees with the chemical law, that equal volumes of gases are chemically equivalent¨, James C. Maxwell, ¨Illustration of the dynamical theory of gaes¨, Phil. Mag. 19, 19 (1860). A primeira parte é o teorema da equipartição para o movimento de translação. O segundo resultado é a hipótese de Avogadro, embora Maxwell não o chame por esse nome mas por lei química.
Teoria cinética dos gases
Maxwell demonstra ainda que a equipartição é válida também para o movimento de rotação. A partir da equipartição entre os três graus de liberdade de rotação e três de translação conclui que a razão entre os
calores específicos vale 4/3 enquanto os dados experimentais fornecem o valor 7/5. Inconsistência resolvida posteriormente por Boltzmann em
1876 e Bosanquet em 1877 que propuseram, independentemente, um modelo de moléculas diatômicas.
Teoria cinética dos gases
Maxwell demonstra ainda que a equipartição é válida também para o movimento de rotação. A partir da equipartição entre os três graus de liberdade de rotação e três de translação conclui que a razão entre os
calores específicos vale 4/3 enquanto os dados experimentais fornecem o valor 7/5. Inconsistência resolvida posteriormente por Boltzmann em
1876 e Bosanquet em 1877 que propuseram, independentemente, um modelo de moléculas diatômicas.
Boltzmann (1868) e Maxwell (1879) deduzem a distribuição de
velocidades a partir da distribuição microcanônica para um sistema de partículas com n graus de liberdade
Γ(
n2)
√
π Γ(
n−12)
(E −
m2v
x2)
(n−3)/2E
(n−2)/2r m
2
dv
xTeoria atômico-molecular
Elementos químico de Lavoisier (1789). Estabelecimento de elemento químico independente da teoria atômica. Lei da conservação da massa nas reações químicas.
Teoria atômico-molecular
Elementos químico de Lavoisier (1789). Estabelecimento de elemento químico independente da teoria atômica. Lei da conservação da massa nas reações químicas.
Teoria atômica de Dalton (1805, 1808). Substâncias químicas simples são constituídas de unidades elementares denominadas átomos. Regras de combinação: quando apenas um composto decorre da combinação de duas substâncias simples deve-se presumir que o átomo composto seja binário. Exemplos: água, HO, amônia, HN. Constrói a primeira tabela de pesos atômicos.
Teoria atômico-molecular
Elementos químico de Lavoisier (1789). Estabelecimento de elemento químico independente da teoria atômica. Lei da conservação da massa nas reações químicas.
Teoria atômica de Dalton (1805, 1808). Substâncias químicas simples são constituídas de unidades elementares denominadas átomos. Regras de combinação: quando apenas um composto decorre da combinação de duas substâncias simples deve-se presumir que o átomo composto seja binário. Exemplos: água, HO, amônia, HN. Constrói a primeira tabela de pesos atômicos.
Berzelius (1814, 1818, 1826) constrói tabelas de pesos atômicos relativos com base nas leis das proporções definidas, múltiplas e recíprocas.
Continham incertezam derivadam da arbitrariedade na adoção da composição química de certas substâncias compostas. Exemplo:
Átomos de Dalton (1808)
carburetted hydrogen ammonia carbonic oxide nitrous acid sugar water olefiant gas carbonic acid sulphuric acid acetous acid carbone sulphur potash soda lime magnesia phosphorus oxygen azote hydrogen mercury gold platina silver lead copper zinc iron barytes strontites G P S L C Z IPesos atômicos de Dalton (1808)
no. substância peso 1 Hydrogen 1 2 Azote 5 3 Carbone 5 4 Oxygen 7 5 Phosphorus 9 6 Sulphur 13 7 Magnesia 20 8 Lime 23 9 Soda 28 10 Potash 42
no. substância peso 11 Strontites 46 12 Barytes 68 13 Iron 38 14 Zinc 56 15 Copper 56 16 Lead 95 17 Silver 100 18 Platina 100 19 Gold 140 20 Mercury 167
Pesos atômicos de Berzelius
el. 1814 1818 1826 O 16 16 16,03 S 32,16 32,2 32,24 P 26,80 62,7 31,43 Cl 35,16 35,41 35,47 C 11,986 12,05 12,25 N 14,36 14.05 14,19 H 1,062 0,9948 1 As 134,38 150,52 75,33 Cr 113,29 112,58 56,38 Si 48,696 47.43 44,44 Hg 405,06 405,06 202,86 Ag 430,107 432,51 216,6 el. 1814 1818 1826 Cu 129,03 126,62 63,42 Bi 283,34 283,81 213,22 Pb 415,58 414,24 207,46 Sn 235,29 235,30 117,84 Fe 110,98 108,55 54,36 Zn 129,03 129,03 64,62 Mn 113,85 113,85 55,43 Al 54,88 54,77 27,43 Mg 50,47 50,68 25,38 Ca 81,63 81,93 41,03 Na 92,69 93,09 46,62 K 156,48 156,77 78,51Teoria atômico-molecular
Lei volumétrica de Gay-Lussac (1809). Numa reação química entre dois gases, a razão entre os volumes dos reagentes é constante e
corresponde a uma fração de números pequenos. Dois litros de
hidrogênio se combinam com um litro de oxigênio para formar dois litros de vapor d´água. Levou Berzelius a adotar as fórmulas H2O para a água
Teoria atômico-molecular
Lei volumétrica de Gay-Lussac (1809). Numa reação química entre dois gases, a razão entre os volumes dos reagentes é constante e
corresponde a uma fração de números pequenos. Dois litros de
hidrogênio se combinam com um litro de oxigênio para formar dois litros de vapor d´água. Levou Berzelius a adotar as fórmulas H2O para a água
e NH3 para a amônia.
Hipótese de Avogadro (1811). Volumes iguais de gases distintos, sujeitos à mesma pressão e temperatura, contém o mesmo numero de moléculas. (a) As massas moléculares são proporcionais às densidades dos gases. (b) A partir dos resultados de Gay-Lussac, uma molécula de água deve ser composta por uma ¨meia-molécula¨ (ou molécula elementar) de
oxigênio e duas ¨meias-moléculas¨ de hidrogênio. Em geral as moléculas de substância simples são compostas por por uma ou mais moléculas elementares. Hipótese rejeitada por Dalton (átomos iguais se repelem), Berzelius, por ser incompatível com sua teoria dualista, e outros.
Teoria atômico-molecular
Lei de Dulong e Petit (1819). O produto do calor específico pelo peso atômico dos elementos na forma sólida é constante. Utilizada por
Teoria atômico-molecular
Lei de Dulong e Petit (1819). O produto do calor específico pelo peso atômico dos elementos na forma sólida é constante. Utilizada por
Berzelius para corrigir a tabela de 1826.
Objeção de Dumas (1826) à hipótese poliatômica de Avogadro.
Experimentamente, a densidade do vapor de mercúrio é 100 vezes maior do que a do gás hidrogênio. Logo o peso atômico do mercúrio pelo
método da densidade de Avogadro seria a metade do valor obtido pelo método de Dulong e Petit, em torno de 200.
Teoria atômico-molecular
Lei de Dulong e Petit (1819). O produto do calor específico pelo peso atômico dos elementos na forma sólida é constante. Utilizada por
Berzelius para corrigir a tabela de 1826.
Objeção de Dumas (1826) à hipótese poliatômica de Avogadro.
Experimentamente, a densidade do vapor de mercúrio é 100 vezes maior do que a do gás hidrogênio. Logo o peso atômico do mercúrio pelo
método da densidade de Avogadro seria a metade do valor obtido pelo método de Dulong e Petit, em torno de 200.
A hipótese de Avogadro só foi reconhecida como contribuição importante para a teoria atômica décadas mais tarde quando Cannizzaro (1858) a instituiu como fundamento da teoria molecular em seu curso de química. Resolve o problema levantado por Dumas ao reafirmar que a molécula do hidrogênio é diatômico e a do vapor de mercúrio é monoatômico, como já interpretado por Gaudin em 1833. Cannizzaro recorre ainda à teoria
Lei de Dulong e Petit (1819)
substância calor esp. peso at. produto Bismuto 0,0288 212,8 6,128 Chumbo 0,0293 207,2 6,070 Ouro 0,0298 198,9 5,926 Platina 0,0314 178,6 5,984 Estanho 0,0514 117,6 6,046 Prata 0,0557 108,0 6,014 Zinco 0,0927 64,5 5,978 Telúrio 0,0912 64,5 5,880 Cobre 0,0949 63,31 6,008 Níquel 0,1035 59,0 6,110 Ferro 0,1100 54,27 5,970 Cobalto 0,1498 39,4 5,896