ЧИСЛО АВОГАДРО: ИСТОРИЯ, ЕДИНИЦЫ, КАК РАССЧИТЫВАЕТСЯ, ИСПОЛЬЗУЕТ - ХИМИЯ - 2024

Число Авогадро - это число, которое указывает, сколько частиц составляет один моль вещества. Обычно обозначается символом N _A или L и имеет необычайную величину: 6,02 · 10 ²³ , записанную в научном формате; если не используется, его нужно будет записать полностью: 602000000000000000000000.

Чтобы избежать и облегчить его использование, удобно обратиться к номеру Авогадро, назвав его крот; так называется единица, соответствующая такому количеству частиц (атомов, протонов, нейтронов, электронов и т. д.). Таким образом, если дюжина соответствует 12 единицам, моль включает единицы N _A , что упрощает стехиометрические вычисления.

Число Авогадро записано в научных обозначениях. Источник: PRHaney

Математически число Авогадро не может быть самым большим из всех; но вне области науки его использование для указания количества любого объекта вышло бы за пределы человеческого воображения.

Например, родинка карандашей потребует производства 6,02 · 10 ²³ единиц, оставив при этом Землю без ее растительных легких. Подобно этому гипотетическому примеру, существует множество других, которые позволяют увидеть величие и применимость этого числа для астрономических величин.

Если N _A и моль относятся к непомерному количеству чего-либо, насколько они полезны для науки? Как было сказано в самом начале: они позволяют «подсчитывать» очень маленькие частицы, количество которых невероятно велико даже в незначительных количествах вещества.

Самая маленькая капля жидкости содержит миллиарды частиц, а также самое нелепое количество данного твердого вещества, которое можно взвесить на любых весах.

Не использовать научные обозначения, мольное приходит в поддержку, что свидетельствует о том , как много, более или менее, это вещество или соединение, N _A . Например, 1 г серебра соответствует примерно 9 · 10 ^-3 моль; другими словами, почти сотая часть N _A ( примерно 5,6 · 10 ²¹ атома Ag) «населяет» этот грамм .

История

Вдохновения Амедео Авогадро

Некоторые люди считают, что число Авогадро было константой, определенной Лоренцо Романо Амедео Карло Авогадро из Куаренья и Черрето, более известного как Амедео Авогадро; Тем не менее, этот ученый-юрист, посвященный изучению свойств газов и вдохновлена работой Дальтона и Гей-Люссак не представивший N _A .

От Далтона Амадео Авогадро узнал, что массы газов объединяются или вступают в реакцию в постоянных пропорциях. Например, масса водорода полностью реагирует с массой кислорода, в восемь раз превышающей ее; когда эта пропорция не была соблюдена, один из двух газов оставался в избытке.

С другой стороны, от Гей-Люссака он узнал, что объемы газов реагируют в фиксированной зависимости. Таким образом, два объема водорода вступают в реакцию с одним объемом кислорода с образованием двух объемов воды (в виде пара при высоких температурах).

Молекулярная гипотеза

В 1811 году Авогадро обобщил свои идеи, чтобы сформулировать свою молекулярную гипотезу, в которой он объяснил, что расстояние, разделяющее молекулы газа, является постоянным, пока не изменяются давление и температура. Таким образом, это расстояние определяет объем, который газ может занимать в контейнере с расширяемыми барьерами (например, в воздушном шаре).

Таким образом, учитывая массу газа A, m _A и массу газа B, m _B , m _A и m _B будут иметь одинаковый объем при нормальных условиях (T = 0ºC и P = 1 атм), если оба идеальных газа имеют такое же количество молекул; это была гипотеза, ныне закон Авогадро.

Из своих наблюдений он также пришел к выводу, что соотношение между плотностями газов, опять же A и B, такое же, как и их относительные молекулярные массы (ρ _A / ρ _B = M _A / M _B ).

Его величайшим успехом было введение в употребление термина «молекула», известного сегодня. Авогадро рассматривал водород, кислород и воду как молекулы, а не как атомы.

Пятьдесят лет спустя

Идея его двухатомных молекул встретила сильное сопротивление среди химиков 19 века. Хотя Амадео Авогадро преподавал физику в Туринском университете, его работа была не очень хорошо принята, и под сенью экспериментов и наблюдений более известных химиков его гипотеза была похоронена на пятьдесят лет.

Даже вклада известного ученого Андре Ампера, поддержавшего гипотезу Авогадро, химикам не хватило, чтобы серьезно его рассмотреть.

Только на Конгрессе в Карлсруэ, Германия, в 1860 году молодой итальянский химик Станислао Канниццаро ​​спас работу Авогадро в ответ на хаос из-за отсутствия надежных и твердых атомных масс и химических уравнений.

Рождение термина

То, что известно как «число Авогадро», было введено французским физиком Жаном Батистом Перреном почти сто лет спустя. Он определил приближение N _A различными методами из своей работы по броуновскому движению.

Из чего состоит и единицы

Атом-грамм и молекула-грамм

Число Авогадро и родинка связаны; однако второе существовало раньше первого.

Зная относительные массы атомов, атомная единица массы (а.е.м.) была введена как одна двенадцатая часть атома изотопа углерода 12; примерно масса протона или нейтрона. Таким образом, углерод был в двенадцать раз тяжелее водорода; Другими словами, ¹² C весит 12u, а ¹ H весит 1 u.

Однако какой массе на самом деле равна одна аму? Кроме того, как можно измерить массу таких мелких частиц? Затем возникла идея грамм-атома и грамм-молекулы, которые позже были заменены на моль. Эти единицы удобно связывали грамм с аму следующим образом:

12 г ¹² C = N мА

Число из ¹² атомов C N , умноженное на их атомную массу, дает значение, численно идентичное относительной атомной массе (12 а.е.м.). Следовательно, 12 г ¹² C соответствует одному граммовому атому; 16 г ¹⁶ O на один грамм атома кислорода; 16 г CH ₄ , 1 грамм молекулы метана и так далее с другими элементами или соединениями.

Молярные массы и моль

Грамм-атом и грамм-молекула, а не единицы, состояли из молярных масс атомов и молекул соответственно.

Таким образом, определение моля становится следующим: единица, обозначающая количество атомов, присутствующих в 12 г чистого углерода 12 (или 0,012 кг). А между тем, он стал обозначать N N _A .

Таким образом, число Авогадро формально состоит из числа атомов, составляющих такие 12 г углерода 12; и его единицей является моль и его производные (кмоль, ммоль, фунт-моль и т. д.).

Молярные массы - это молекулярные (или атомные) массы, выраженные как функция молей.

Например, молярная масса O ₂ составляет 32 г / моль; то есть моль молекул кислорода имеет массу 32 г, а молекула O ₂ имеет молекулярную массу 32 ед. Точно так же молярная масса H составляет 1 г / моль: один моль атомов H имеет массу 1 г, а один атом H имеет атомную массу 1 ед.

Как рассчитывается число Авогадро

Сколько стоит родинка? Каково значение N _A, чтобы атомные и молекулярные массы имели то же численное значение, что и молярные массы? Чтобы выяснить это, необходимо решить следующее уравнение:

12 г ¹² C = N _A ma

Но ма 12 а.е.м.

12 г ¹² C = N _A 12uma

Если вы знаете, сколько стоит аму (1667 ^10-24 г), вы можете напрямую вычислить N _A :

N _A = (12 г / 2 · 10 ^-23 г)

= 5,998 10 ²³ атомов ¹² C

Совпадает ли этот номер с тем, что указан в начале статьи? Нет . В то время как десятичные играть против, там есть много более точных расчетов для определения N _A .

Более точные методы измерения

Если вы уже знаете определение моля, особенно моль электронов и электрический заряд, который они несут (примерно 96 500 Кл / моль), зная заряд отдельного электрона (1602 × 10 ^-19 Кл), вы можете вычислить N _A также таким образом:

N _A = (96500 C / 1,602 × 10 ⁻¹⁹ C)

= 6.0237203 10 ²³ электронов

Это значение выглядит даже лучше.

Другой способ расчета - рентгеновская кристаллография с использованием сферы сверхчистого кремния весом 1 кг. Для этого используется формула:

N _A = n (В _u / В _м )

Где n - количество атомов, присутствующих в элементарной ячейке кристалла кремния (n = 8), а V _u и V _m - объемы элементарной и молярной ячейки соответственно. Зная переменные для кристалла кремния, этим методом можно рассчитать число Авогадро.

Приложения

Число Авогадро позволяет, по сути, выразить мизерные количества элементарных частиц в простых граммах, которые можно измерить на аналитических или элементарных весах. Не только это: если свойство атома умножить на N _A , его проявление будет получено в макроскопических масштабах, видимых в мире и невооруженным глазом.

Поэтому, и не без оснований, говорят, что это число действует как мост между микроскопическим и макроскопическим. Это часто встречается, особенно в физико-химии, когда пытаются связать поведение молекул или ионов с поведением их физических фаз (жидкости, газа или твердого тела).

Решенные упражнения

Расчеты в разделе два примера упражнений с использованием N были адресованы _к . Затем приступим к решению еще двух.

Упражнение 1

Какова масса молекулы H ₂ O?

Если известно, что его молярная масса составляет 18 г / моль, то один моль молекул H ₂ O имеет массу 18 граммов; но вопрос относится только к отдельной молекуле. Затем для расчета его массы используются коэффициенты пересчета:

(18 г / моль H ₂ O) · (моль H ₂ O / 6,02 · 10 ²³ молекул H ₂ O) = 2,99 · 10 ^-23 г / молекула H ₂ O

То есть молекула H ₂ O имеет массу 2,99 · 10 ^-23 г.

Упражнение 2.

Сколько атомов металлического диспрозия (Dy) будет содержать его кусок массой 26 г?

Атомная масса диспрозия составляет 162,5 ед., Что равно 162,5 г / моль с использованием числа Авогадро. Опять же, продолжаем переводить коэффициенты:

(26 г) · (моль Dy / 162,5 г) · (6,02 · 10 ²³ атомов Dy / моль Dy) = 9,63 · 10 ²² атомов Dy

Это значение в 0,16 раза меньше, чем N _A (9,63 · 10 ²² / 6,02 · 10 ²³ ), и, следовательно, указанный кусок содержит 0,16 моль диспрозия (его также можно вычислить с помощью 26/162 , 5).

Ссылки

1. Wikipedia. (2019). Постоянная Авогадро. Получено с: en.wikipedia.org
2. Аттеберри Джонатан. (2019). Что такое число Авогадро? Как это работает. Получено с: science.howstuffworks.com
3. Райан Бенуа, Майкл Тай, Чарли Ван и Джейкоб Гомес. (02 мая 2019 г.). Крот и Константа Авогадро. Химия LibreTexts. Получено с: chem.libretexts.org
4. День кротов. (SF). История Авогадро: 6,02 раз от 10 до 23 - ^го . Получено с: moleday.org
5. Хельменстин, Энн Мари, доктор философии. (06 января 2019 г.). Экспериментальное определение числа Авогадро. Получено с: thinkco.com
6. Tomás Germán. (SF). Число Авогадро. КЭС Доминго Мирал. Получено с: iesdmjac.educa.aragon.es
7. Хоакин Сан Фрутос Фернандес. (SF). Число Авогадро и понятие крота. Получено с: encina.pntic.mec.es
8. Бернардо Эррадон. (3 сентября 2010 г.). Конгресс Карлсруэ: 150 лет. Получено с: madrimasd.org
9. Джордж М. Боднер. (16 февраля 2004 г.). Как определялось число Авогадро? Scientific American. Получено с: scientificamerican.com