- Історія
- Натхнення Амедео Авогадро
- Молекулярна гіпотеза
- Через п'ятдесят років
- Народження терміна
- З чого він складається і одиниці
- Атом-грам і молекула-грам
- Молярні маси і моль
- Як обчислюється число Авогадро
- Більш точні методи вимірювання
- Програми
- Розв’язані вправи
- Вправа 1
- Вправа 2
- Список літератури
Число Авогадро - це те, що вказує, скільки частинок містить один моль речовини. Зазвичай він позначається символом N A або L і має надзвичайну величину: 6,02 · 10 23 , записаний у науковій нотації; якщо він не використовується, його потрібно було б написати повністю: 602000000000000000000000.
Щоб уникнути та полегшити його використання, зручно посилатися на номер Авогадро, називаючи його моль; це назва, що дається одиниці, що відповідає такій кількості частинок (атоми, протони, нейтрони, електрони тощо). Таким чином, якщо десяток відповідає 12 одиницям, моль охоплює одиниці N A , спрощуючи стехіометричні обчислення.
Номер Авогадро, записаний у науковій нотації. Джерело: PRHaney
Математично число Авогадро може бути не найбільшим з усіх; але поза сферою науки, використовуючи її для позначення кількості будь-якого об'єкта, було б перевищення меж людської уяви.
Наприклад, моль олівців передбачає виготовлення 6,02 · 10 23 одиниць, залишаючи Землю без легких рослин. Як і цей гіпотетичний приклад, багато інших рясніють, які дозволяють побачити пишність і застосовність цього числа для астрономічних величин.
Якщо N A і моль відносяться до непомірних кількостей чого-небудь, наскільки корисні в науці? Як було сказано на початку: вони дозволяють «підрахувати» дуже маленькі частинки, кількість яких неймовірно величезна навіть у незначній кількості речовини.
Найменша крапля рідини містить мільярди частинок, а також найсмішнішу кількість даного твердого речовини, яку можна зважити на будь-якому балансі.
Не застосовувати препарат наукові позначення, мольное приходить на підтримку, що свідчить про те , як багато, більш-менш, ця речовина або сполука, N A . Наприклад, 1 г срібла відповідає приблизно 9 · 10 -3 моль; Іншими словами, майже одна сота N A (5,6 · 10 21 атомів Ag, приблизно) «населяє» цей грам .
Історія
Натхнення Амедео Авогадро
Деякі люди вважають, що число Авогадро було постійною величиною, визначеною Лоренцо Романо Амедео Карло Авогадро з Куареньї та Серрето, більш відомим як Амедео Авогадро; Тим НЕ менше, цей вчений-юрист, присвячений вивченню властивостей газів і натхненна роботою Дальтона і Гей-Люссак не скористався N A .
З Далтона Амадео Авогадро дізнався, що маси газів поєднуються або реагують у постійних пропорціях. Наприклад, маса водню повністю реагує на вісім разів більшу масу кисню; коли ця частка не була виконана, один з двох газів залишився в надлишку.
Від Гей-Люссака, з іншого боку, він дізнався, що обсяги газів реагують у фіксованих відносинах. Таким чином, два обсяги водню реагують з одним киснем, утворюючи два обсяги води (у вигляді пари, враховуючи високі температури, що утворюються).
Молекулярна гіпотеза
У 1811 році Авогадро стисло свої ідеї сформулювати свою молекулярну гіпотезу, в якій він пояснив, що відстань, яка розділяє газоподібні молекули, є постійною до тих пір, поки тиск і температура не змінюються. Отже, ця відстань визначає об'єм, який може займати газ у контейнері з розширюваними бар'єрами (наприклад, повітряна куля).
Таким чином, враховуючи масу газу A, m A і масу газу B, m B , m A і m B, буде мати однаковий об'єм при нормальних умовах (T = 0ºC, і P = 1 атм), якщо обидва ідеальні гази мають однакова кількість молекул; це було гіпотезою, на сьогодні закон Авогадро.
Зі своїх спостережень він також зробив висновок, що зв’язок між густинами газів, знову ж таки A і B, такий же, як у відносних їх молекулярних мас (ρ A / ρ B = M A / M B ).
Його найбільшим успіхом було введення терміна "молекула", як це відомо сьогодні. Авогадро розглядав водень, кисень та воду як молекули, а не як атоми.
Через п'ятдесят років
Ідея про його діатомічних молекулах зустріла сильний опір серед хіміків у 19 столітті. Хоча Амадео Авогадро викладав фізику в Турінському університеті, його робота була не дуже добре прийнята, і під тінню експериментів та спостережень більш відомих хіміків його гіпотеза була похована протягом п'ятдесяти років.
Навіть внесок відомого вченого Андре Ампера, який підтримав гіпотезу Авогадро, хімікам було недостатньо, щоб серйозно це розглянути.
Лише на Конгресі Карлсруе, Німеччина 1860 року, молодий італійський хімік Станіслао Канніццаро врятував роботу Авогадро у відповідь на хаос через відсутність надійних і міцних атомних мас та хімічних рівнянь.
Народження терміна
Те, що відомо як «число Авогадро», було введене французьким фізиком Жаном Батистом Перріном майже через сто років. Він визначив наближення N A за допомогою різних методів своєї роботи над броунівським рухом.
З чого він складається і одиниці
Атом-грам і молекула-грам
Число Авогадро і родимка споріднені; однак другий існував раніше першого.
Знаючи відносні маси атомів, атомна одиниця маси (аму) була введена як одна дванадцята частина атома вуглецю 12 ізотопу; приблизно маса протона або нейтрона. Таким чином, як відомо, вуглець у дванадцять разів важчий за водень; що означає 12 C важить 12u, а 1 H важить 1 u.
Однак скільки маси дійсно дорівнює один аму? Також, як можна було б виміряти масу таких маленьких частинок? Тоді виникла ідея грам-атома та грамомолекули, які згодом були замінені молем. Ці одиниці зручно з'єднували грам з amu наступним чином:
12 г 12 С = N ma
Число 12 атомів C N , помножене на їх атомну масу, дає значення, числове ідентичне відносній атомній масі (12 amu). Тому 12 г 12 С дорівнювали одному граму атома; 16 г 16 О, на один грам атома кисню; 16 г CH 4 , одна грамова молекула метану тощо з іншими елементами або сполуками.
Молярні маси і моль
Атом граму та грамомолекула, а не одиниці, складалися відповідно з молярних мас атомів та молекул.
Таким чином, визначенням молю стає: одиниця, призначена для кількості атомів, присутніх у 12 г чистого вуглецю 12 (або 0,012 кг). А між тим, він став позначати N N A .
Таким чином, число Авогадро формально складається з кількості атомів, які складають такі 12 г вуглецю 12; а його одиницею є моль та його похідні (кмоль, ммоль, фунт-моль тощо).
Молярні маси - це молекулярні (або атомні) маси, виражені функцією молей.
Наприклад, молярна маса O 2 становить 32 г / моль; тобто моль молекул кисню має масу 32 г, а молекула O 2 має молекулярну масу 32 мкм. Аналогічно, молярна маса Н дорівнює 1 г / моль: один моль атомів Н має масу 1 г, а один атом Н має атомну масу 1 о.
Як обчислюється число Авогадро
Скільки коштує родимка? Яке значення N A, щоб атомні та молекулярні маси мали таке ж числове значення, як і молярні маси? Щоб дізнатись, необхідно розв’язати таке рівняння:
12 г 12 С = N А ма
Але мама - 12 аму.
12 g 12 C = N A 12uma
Якщо ви знаєте, скільки коштує аму (1,667 10 -24 г), ви можете безпосередньо розрахувати N A :
N A = (12 г / 2 · 10 -23 г)
= 5,998 10 23 атоми 12 С
Чи ідентичне це число тому, яке представлено на початку статті? Ні . У той час як десяткові грати проти, там є багато більш точних розрахунків для визначення N A .
Більш точні методи вимірювання
Якщо раніше відоме визначення молю, особливо молю електронів, та електричного заряду, який вони несуть (приблизно 96 500 C / моль), знаючи заряд окремого електрона (1,602 × 10 −19 C), ми можемо Обчислимо також N A таким чином:
N A = (96500 C / 1,660 × 10 −19 C)
= 6.0237203 10 23 електрони
Ця величина виглядає ще краще.
Інший спосіб його обчислення складається з рентгенівських кристалографічних методів з використанням ультрачистої кремнієвої сфери 1 кг. Для цього використовується формула:
N A = n (V u / V м )
Де n - кількість атомів, присутніх в одиничній комірці кристалічного кремнію (n = 8), а V u і V m - обсяги одиниці і молярної клітини відповідно. Знаючи змінні кришталевого кристала, за цим методом можна обчислити число Авогадро.
Програми
Число Авогадро дозволяє по суті виразити абісмальну кількість елементарних частинок простими грамами, які можна виміряти на аналітичних або рудиментарних балансах. Не тільки це: якщо атомну властивість помножити на N A , її прояв буде отримано в макроскопічних масштабах, видимих у світі та неозброєним оком.
Тому, і з поважних причин, це число, як кажуть, функціонує як міст між мікроскопічним та макроскопічним. Це часто зустрічається особливо у фізикохімії, коли намагаються пов'язати поведінку молекул або іонів з поведінкою їх фізичних фаз (рідкої, газової або твердої).
Розв’язані вправи
Розрахунки в розділі два приклади вправ з використанням N були адресовані до . Тоді ми переходимо до вирішення ще двох.
Вправа 1
Яка маса молекули H 2 O?
Якщо його молярна маса, як відомо, становить 18 г / моль, то один моль молекул H 2 O має масу 18 грам; але питання стосується однієї окремої молекули. Щоб потім обчислити його масу, використовуються коефіцієнти перетворення:
(18 г / моль H 2 O) · (моль H 2 O / 6,02 · 10 23 молекули H 2 O) = 2,99 · 10 -23 г / молекула H 2 O
Тобто молекула H 2 O має масу 2,99 · 10 -23 р.
Вправа 2
Скільки атомів металу диспрозію (Dy) буде містити його шматок, маса якого становить 26 г?
Атомна маса диспрозію становить 162,5 мкм, що дорівнює 162,5 г / моль, використовуючи число Авогадро. Знову ми переходимо до коефіцієнтів перетворення:
(26 г) · (моль Dy / 162,5 г) · (6,02 · 10 23 атомів Dy / моль Dy) = 9,63 · 10 22 атомів Dy
Це значення в 0,16 рази менше, ніж N A (9,63 · 10 22 / 6,02 · 10 23 ), і, отже, зазначений шматок має 0,16 молей диспрозію (його також можна обчислити за допомогою 26/162 , 5).
Список літератури
- Вікіпедія. (2019). Константа Авогадро. Відновлено з: en.wikipedia.org
- Atteberry Jonathan. (2019). Яке число Авогадро? HowStuffWorks. Відновлено з: science.howstuffworks.com
- Райан Бенуа, Майкл Тай, Чарлі Ван та Джейкоб Гомес. (02 травня 2019 р.). Моль і Констант Авогадро. Хімія LibreTexts. Відновлено з: chem.libretexts.org
- День крота. (sf). Історія числа Авогадро: 6,02 рази від 10 до 23- го . Відновлено з: moleday.org
- Гельменстін, Анна Марі, к.т.н. (06 січня 2019 р.). Експериментальне визначення числа Авогадро. Відновлено з: thinkco.com
- Томаш Герман. (sf). Число Авогадро. IES Домінго Мірал. Відновлено з: iesdmjac.educa.aragon.es
- Хоакін Сан Фрутос Феррандес. (sf). Концепція числа та молі Авогадро. Відновлено з: encina.pntic.mec.es
- Бернардо Еррадон. (3 вересня 2010 р.). Карлсруеський конгрес: 150 років. Відновлено: madrimasd.org
- Джордж М. Боднер. (16 лютого 2004 р.). Як визначалася кількість Авогадро? Науковий американський. Відновлено з: scienceamerican.com