- Vēsture
- Amedeo Avogadro iedvesmas
- Molekulārā hipotēze
- Pēc piecdesmit gadiem
- Termiņa dzimšana
- Ko tas sastāv un vienības
- Atomu grami un molekulu grami
- Molmasas un mols
- Kā tiek aprēķināts Avogadro skaitlis
- Precīzākas mērīšanas metodes
- Lietojumprogrammas
- Atrisināti vingrinājumi
- 1. vingrinājums
- 2. vingrinājums
- Atsauces
Avogadro skaitlis ir viens, kas norāda, cik daudz daļiņas veido viena mola jautājumā. Parasti to apzīmē ar simbolu N A vai L, un tam ir ārkārtējs lielums: 6,02 · 10 23 , kas uzrakstīts zinātniskajā notācijā; ja to nelieto, tas būtu pilnībā jāraksta: 602000000000000000000000.
Lai izvairītos un atvieglotu tā izmantošanu, ir ērti atsaukties uz Avogadro numuru, kas to sauc par molu; tas ir nosaukums, kas dots vienībai, kas atbilst šādam daļiņu daudzumam (atomiem, protoniem, neitroniem, elektroniem utt.). Tādējādi, ja ducis atbilst 12 vienībām, mols ietver N A vienības, vienkāršojot stehiometriskos aprēķinus.
Avogadro numurs uzrakstīts zinātniskā notācijā. Avots: PRHaney
Matemātiski Avogadro skaitlis var nebūt lielākais no visiem; bet ārpus zinātnes jomas, izmantojot to jebkura objekta daudzuma norādīšanai, tas pārsniegs cilvēka iztēles robežas.
Piemēram, zīmuļu mols būtu saistīts ar 6,02 · 10 23 vienību ražošanu , atstājot Zemi procesā bez tās augu plaušām. Tāpat kā šajā hipotētiskajā piemērā, ir daudz citu, kas ļauj ieskatīties šī skaitļa krāšņumā un piemērojamībā astronomiskajiem lielumiem.
Ja N A un mols attiecas uz kaut ko pārmērīgu daudzumu, cik noderīgi tie ir zinātnē? Kā jau pašā sākumā teikts: tie ļauj “saskaitīt” ļoti mazas daļiņas, kuru skaits ir neticami milzīgs pat nenozīmīgos matērijas daudzumos.
Mazākais šķidruma piliens satur miljardus daļiņu, kā arī vissmieklīgākais šīs cietās vielas daudzums, kuru var nosvērt uz jebkura svara.
Ne izmantot zinātnisko notāciju, mols nāk atbalstam, norādot, cik daudz, vairāk vai mazāk, tā ir viela, vai savienojums ar N A . Piemēram, 1 g sudraba atbilst aptuveni 9 · 10 -3 moliem; citiem vārdiem sakot, gandrīz viena N A daļa ( aptuveni 5,6 · 10 21 Ag atomi) “apdzīvo” šo gramu .
Vēsture
Amedeo Avogadro iedvesmas
Daži cilvēki uzskata, ka Avogadro skaitli nemainīgi noteica Lorenzo Romano Amedeo Carlo Avogadro no Quaregna un Cerreto, labāk pazīstams kā Amedeo Avogadro; Tomēr šis zinātnieks, jurists, kas veltīta pētot īpašības gāzes, un iedvesmoja darbu Dalton un Gay-Lussac nebija kurš iepazīstināja ar N A .
No Daltona Amadeo Avogadro uzzināja, ka gāzu masas apvienojas vai reaģē nemainīgās proporcijās. Piemēram, ūdeņraža masa pilnīgi reaģē ar astoņas reizes lielāku skābekļa masu; kad šī proporcija netika izpildīta, viena no divām gāzēm palika pārsniegta.
No Gaja-Lussaka, no otras puses, viņš uzzināja, ka gāzu apjomi reaģē fiksētās attiecībās. Tādējādi divi ūdeņraža tilpumi reaģē ar vienu skābekli, iegūstot divus tilpumus ūdens (tvaika formā, ņemot vērā augsto temperatūru).
Molekulārā hipotēze
1811. gadā Avogadro apkopoja savas idejas, lai formulētu savu molekulāro hipotēzi, kurā viņš paskaidroja, ka attālums, kas atdala gāzveida molekulas, ir nemainīgs, kamēr spiediens un temperatūra nemainās. Tad šis attālums nosaka tilpumu, ko gāze var aizņemt traukā ar paplašināmām barjerām (piemēram, balonu).
Tādējādi, ņemot vērā gāzes masu A, m A un gāzes masu B, m B , m A un m B normālos apstākļos būs vienāds tilpums (T = 0 ° C un P = 1 atm), ja abām ideālajām gāzēm ir vienāds molekulu skaits; tāda bija Avogadro hipotēze, mūsdienās likumā noteiktā.
No saviem novērojumiem viņš arī secināja, ka saistība starp gāzu blīvumiem, atkal A un B, ir tāda pati kā to relatīvajām molekulārajām masām (ρ A / ρ B = M A / M B ).
Viņa lielākie panākumi bija ieviest terminu “molekula”, kāds tas ir pazīstams mūsdienās. Ar Avogadro apstrādāts ūdeņradis, skābeklis un ūdens kā molekulas, nevis kā atomi.
Pēc piecdesmit gadiem
Ideja par tās diatomīta molekulām 19. gadsimtā ķīmiķu vidū bija ļoti izturīga. Lai arī Amadeo Avogadro mācīja fiziku Turīnas universitātē, viņa darbs nebija pārāk labi pieņemts, un, ievērojot slavenāku ķīmiķu eksperimentus un novērojumus, viņa hipotēze tika apglabāta piecdesmit gadus.
Pat pazīstamā zinātnieka Andrē Amperes ieguldījums, kurš atbalstīja Avogadro hipotēzi, nebija pietiekams, lai ķīmiķi to nopietni apsvērtu.
Tikai līdz 1860. gada Vācijas Karlsrūes kongresā jaunais itāļu ķīmiķis Stanislao Cannizzaro izglāba Avogadro darbu kā atbildi uz haosu uzticamu un cietu atomu masu un ķīmisko vienādojumu trūkuma dēļ.
Termiņa dzimšana
Tā dēvēto “Avogadro numuru” gandrīz simts gadus vēlāk ieviesa franču fiziķis Žans Baptiste Perrīns. Viņš noteica aptuvenu N A , izmantojot dažādas metodes, no savu darbu Brauna kustību.
Ko tas sastāv un vienības
Atomu grami un molekulu grami
Avogadro numurs un mols ir saistīti; tomēr otrais pastāvēja pirms pirmā.
Zinot atomu relatīvās masas, atomu masas vienība (amu) tika ievadīta kā viena divpadsmitā daļa no oglekļa 12 izotopu atoma; aptuveni protona vai neitrona masa. Tādā veidā bija zināms, ka ogleklis ir divpadsmit reizes smagāks par ūdeņradi; tas ir, 12 C sver 12u, un 1 H sver 1 u.
Tomēr cik daudz masas viens amu patiesībā pielīdzina? Kā arī būtu iespējams izmērīt tik mazu daļiņu masu? Tad nāca ideja par gramu atomu un gramu molekulu, kuras vēlāk aizstāja ar molu. Šīs vienības ērti savienoja gramu ar amu šādi:
12 g 12 C = N ma
12 C N atomu skaits , kas reizināts ar to atomu masu, dod vērtību, kas skaitliski identiska relatīvajai atomu masai (12 amu). Tāpēc 12 g 12 C ir vienāds ar viena grama atomu; 16 g 16 O līdz vienam gramam skābekļa atoma; 16 g CH 4 , viena grama molekula metānam utt. Ar citiem elementiem vai savienojumiem.
Molmasas un mols
Gram-atoms un gram-molekula, nevis vienības, sastāvēja no attiecīgi atomu un molekulu molārajām masām.
Tādējādi molu definīcija kļūst par: vienību, kas paredzēta atomu skaitam 12 g tīrā oglekļa 12 (vai 0,012 Kg). Un tikmēr, viņš kļuva apzīmē N N A .
Tādējādi Avogadro skaitli formāli veido atomu skaits, kas veido šādus 12 g oglekļa 12; un tā vienība ir mols un tā atvasinājumi (kmol, mmol, lb-mol utt.).
Molārā masa ir molekulārā (vai atomu) masa, kas izteikta kā molu funkcija.
Piemēram, O 2 molārā masa ir 32 g / mol; tas ir, skābekļa molekulu mola masa ir 32 g, un O 2 molekulas molekulmasa ir 32 u. Līdzīgi H molārā masa ir 1 g / mol: vienam H atomu molam ir 1 g masa, bet vienam H atomam ir 1 u atomu masa.
Kā tiek aprēķināts Avogadro skaitlis
Cik ir mols? Kāda ir N A vērtība, lai atomu un molekulu masām būtu tāda pati skaitliskā vērtība kā molām masām? Lai uzzinātu, ir jāatrisina šāds vienādojums:
12 g 12 C = N A ma
Bet ma ir 12 amu.
12 g 12 C = N A 12uma
Ja jūs zināt, cik daudz amu ir vērts (1,667 10 -24 g), varat tieši aprēķināt N A :
N = (12g / 2 · 10 -23 g)
= 5 998 10 23 12 C atomi
Vai šis skaitlis ir identisks numuram, kas norādīts raksta sākumā? Nē Kaut decimāldaļu spēlēt pret, tur ir daudz precīzākus aprēķinus, lai noteiktu, N A .
Precīzākas mērīšanas metodes
Ja molu, it īpaši elektronu molu un to pārnēsājamā elektriskā lādiņa (aptuveni 96 500 C / mols) definīcija ir zināma iepriekš, zinot atsevišķa elektrona lādiņu (1,602 × 10 –19 C), mēs varam aprēķināt N A arī šādā veidā:
N = (96500 C / 1,602 x 10 -19 C)
= 6.0237203 10 23 elektroni
Šī vērtība izskatās vēl labāk.
Cits veids, kā to aprēķināt, sastāv no rentgenstaru kristalogrāfijas metodēm, izmantojot īpaši tīru silīcija lodīti 1 kg. Šim nolūkam izmanto formulu:
N = n (V u / V m )
Kur n ir atomu skaits, kas atrodas silīcija kristāla vienības šūnā (n = 8), un V u un V m ir attiecīgi vienības un molārā elementa tilpumi. Zinot silīcija kristāla mainīgos lielumus, ar šo metodi var aprēķināt Avogadro skaitli.
Lietojumprogrammas
Avogadro skaitlis būtībā ļauj elementārdaļiņu ļaundabīgos daudzumus izteikt vienkāršos gramos, ko var izmērīt, izmantojot analītiskos vai rudimentāros svarus. Ne tikai tas: ja atoma īpašība tiek reizināta ar N A , tā izpausme tiks iegūta makroskopiskos mērogos, kas ir redzami pasaulē un ar neapbruņotu aci.
Tāpēc, domājams, ar pamatotu iemeslu dēļ šis skaitlis darbojas kā tilts starp mikroskopisko un makroskopisko. Īpaši bieži tas ir sastopams fizikāli ķīmijā, mēģinot sasaistīt molekulu vai jonu izturēšanos ar to fizikālajām fāzēm (šķidrums, gāze vai cieta viela).
Atrisināti vingrinājumi
Aprēķini sadaļā divi piemēri vingrinājumi izmanto N tika adresēti uz . Tad mēs turpināsim risināt vēl divus.
1. vingrinājums
Cik liela ir H 2 O molekulas masa ?
Ja ir zināms, ka tā molārā masa ir 18 g / mol, tad viena mola H 2 O molekulu masa ir 18 grami; bet jautājums attiecas tikai uz atsevišķu molekulu. Pēc tam aprēķina tā masu, izmantojot pārrēķina koeficientus:
(18 g / mol H 2 O) · (mol H 2 O / 6,02 · 10 23 molekulas H 2 O) = 2,99 · 10–23 g / molekulā H 2 O
Tas ir, H 2 O molekulas masa ir 2,99 · 10–23 g.
2. vingrinājums
Cik disprosija metāla (Dy) atomos būs tā gabals, kura masa ir 26 g?
Disprosija atomu masa ir 162,5 u, kas vienāda ar 162,5 g / mol, izmantojot Avogadro skaitli. Atkal mēs turpinām ar konversijas koeficientiem:
(26 g) · (mol Dy / 162,5 g) · (6,02 · 10 23 Dy atomi / mol Dy) = 9,63 · 10 22 Dy atomi
Šī vērtība ir 0,16 reizes mazāka nekā N A (9,63 · 10 22 / 6,02 · 10 23 ), un tāpēc minētajam gabalam ir 0,16 molu disprosija (to var arī aprēķināt ar 26/162 , 5).
Atsauces
- Wikipedia. (2019. gads). Avogadro konstante. Atgūts no: en.wikipedia.org
- Atteberry Jonathan. (2019. gads). Kāds ir Avogadro numurs? HowStuffWorks. Atgūts no: science.howstuffworks.com
- Raiens Benoits, Maikls Tajs, Čārlijs Vangs un Jēkabs Gomezs. (2019. gada 2. maijs). Mols un Avogadro konstanti. Ķīmija LibreTexts. Atgūts no: chem.libretexts.org
- Molu diena. (sf). Avogadro numura vēsture: 6,02 reizes no 10. līdz 23. datumam . Atgūts no: moleday.org
- Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (2019. gada 6. janvāris). Avogadro skaitļa eksperimentāla noteikšana. Atgūts no: domaco.com
- Tomás Germán. (sf). Avogadro numurs. IES Domingo Miral. Atgūts no: iesdmjac.educa.aragon.es
- Joaquín San Frutos Fernández. (sf). Avogadro skaitļa un mola jēdziens. Atgūts no: encina.pntic.mec.es
- Bernardo Herradón. (2010. gada 3. septembris). Karlsrūes kongress: 150 gadi. Atgūts no: madrimasd.org
- Džordžs M. Bodners. (2004. gada 16. februāris). Kā tika noteikts Avogadro skaits? Zinātniskais amerikānis. Atgūts no: Scientificamerican.com