- история
- Вдъхновения на Амедео Авогадро
- Молекулярна хипотеза
- Петдесет години по-късно
- Раждането на термина
- От какво се състои и единици
- Атом-грам и молекулен грам
- Моларни маси и мол
- Как се изчислява числото на Avogadro
- По-точни методи за измерване
- Приложения
- Решени упражнения
- Упражнение 1
- Упражнение 2
- Препратки
В броя на Авогадро е тази, която показва колко частици съдържат един мол от значение. Обикновено се обозначава със символа N A или L и има изключителна величина: 6.02 · 10 23, написана в научна нотация; ако не се използва, ще трябва да бъде написано изцяло: 602000000000000000000000.
За да се избегне и улесни използването му, е удобно да се позовава на номера на Avogadro, като го нарича мол; това е името, дадено на единицата, съответстваща на такова количество частици (атоми, протони, неутрони, електрони и др.). По този начин, ако дузина отговаря на 12 единици, мол обхваща N A единици, опростявайки стехиометричните изчисления.
Числото на Avogadro, написано в научна нотация. Източник: PRHaney
Математически, числото на Авогадро може да не е най-голямото от всички; но извън сферата на науката, използването му за посочване количеството на всеки обект би надхвърлило границите на човешкото въображение.
Например, мол от моливи ще включва производството на 6.02 · 10 23 единици, оставяйки Земята без растителни бели дробове в процеса. Подобно на този хипотетичен пример, много други изобилстват, които позволяват поглед върху великолепието и приложимостта на това число за астрономически величини.
Ако N A и молът се отнасят до прекомерни количества от каквото и да било, колко полезни са науката? Както бе казано в началото: те ви позволяват да „броите“ много малки частици, чийто брой е невероятно огромен дори в незначителни количества материя.
Най-малката капка течност съдържа милиарди частици, както и най-нелепото количество от дадено твърдо вещество, което може да бъде претеглено във всеки баланс.
Не използвайте научна нотация, бенката идва в подкрепа, което показва, колко, повече или по-малко, това е вещество или съединение с N A. Например, 1 g сребро съответства на около 9 · 10 -3 mol; с други думи, почти една стотна от N A (5.6 · 10 21 Ag атома, приблизително) „населява“ този грам.
история
Вдъхновения на Амедео Авогадро
Някои хора смятат, че числото на Авогадро е константа, определено от Лоренцо Романо Амедео Карло Авогадро от Куареня и Серето, по-известен като Амедео Авогадро; Въпреки това, този учен-юрист, посветена на изучаване на свойствата на газовете, и вдъхновен от работата на Далтон и гей-Lussac не е въвел N A.
От Далтън Амадео Авогадро научи, че масите от газове се комбинират или реагират в постоянни пропорции. Например, маса от водород реагира напълно с осем пъти по-голяма маса кислород; когато тази пропорция не беше изпълнена, един от двата газове остана в повече.
От Gay-Lussac, от друга страна, той научи, че обемите газове реагират във фиксирана връзка. Така два обеми водород реагират с един кислород, за да се получат два обеми вода (под формата на пара, като се имат предвид генерираните високи температури).
Молекулярна хипотеза
През 1811 г. Авогадро съкращава идеите си, за да формулира молекулярната си хипотеза, в която обяснява, че разстоянието, което разделя газообразните молекули, е постоянно, стига налягането и температурата да не се променят. Това разстояние, след това, определя обема, който един газ може да заеме в контейнер с разширяващи се бариери (например балон).
По този начин, като се има предвид маса на газ A, m A и маса на газ B, m B, m A и m B, ще има същия обем при нормални условия (T = 0 ° C и P = 1 атм), ако и двата идеални газа имат същия брой молекули; това беше хипотезата, понастоящем закон, за Авогадро.
От своите наблюдения той също направи извод, че връзката между плътностите на газовете, отново A и B, е същата като тази на техните относителни молекулни маси (ρ A / ρ B = M A / M B).
Най-големият му успех беше да въведе термина „молекула“, както е известно днес. Avogadro третира водорода, кислорода и водата като молекули, а не като атоми.
Петдесет години по-късно
Идеята за нейните диатомични молекули се срещна със силно съпротивление сред химиците през 19 век. Въпреки че Амадео Авогадро преподава физика в Университета в Торино, работата му не е много добре приета и под сянката на експерименти и наблюдения от по-известни химици хипотезата му е погребана петдесет години.
Дори приносът на известния учен Андре Ампер, който подкрепи хипотезата на Авогадро, не беше достатъчен за химиците да го разгледат сериозно.
Едва на конгреса в Карлсруе, Германия през 1860 г., младият италиански химик Станислао Канизазаро спасява работата на Авогадро в отговор на хаоса поради липсата на надеждни и твърди атомни маси и химически уравнения.
Раждането на термина
Това, което е известно като „числото на Авогадро“, е въведено от френския физик Жан Батист Перин, почти сто години по-късно. Той определи приближение на N A чрез различни методи от работата си върху движението на Браун.
От какво се състои и единици
Атом-грам и молекулен грам
Броят и бенката на Avogadro са свързани; обаче вторият съществува преди първия.
Познавайки относителните маси на атомите, атомната единица за маса (amu) е въведена като една дванадесета част от въглероден 12 изотопен атом; приблизително масата на протона или неутрона. По този начин въглеродът е бил дванадесет пъти по-тежък от водорода; което ще рече, 12 C тежи 12u, а 1 H тежи 1 u.
Колко маса обаче една аму наистина се равнява? Също така, как би било възможно да се измери масата на такива малки частици? Тогава дойде идеята за грам-атом и грам-молекула, които по-късно бяха заменени от бенката. Тези единици удобно свързват грама с amu, както следва:
12 g 12 C = N ma
Редица от 12 C N атоми, умножени по атомната им маса, дават стойност, числено идентична на относителната атомна маса (12 amu). Следователно, 12 g от 12 С се равняват на един грам атом; 16 g 16 O, до един грам атом кислород; 16 г CH 4 един грам молекула на метан, и така нататък с други елементи или съединения.
Моларни маси и мол
Грам-атомът и грам-молекулата, а не единици, се състоят съответно от моларните маси на атомите и молекулите.
Така дефиницията на мол става: единицата, определена за броя на присъстващите атоми в 12 g чист въглерод 12 (или 0,012 Kg). А междувременно, той се обозначава N N A.
По този начин числото на Avogadro се състои формално от броя на атомите, които съставляват такива 12 g въглерод 12; и неговата единица е молът и неговите производни (kmol, mmol, lb-mol и др.).
Моларните маси са молекулярни (или атомни) маси, изразени като функция на бенките.
Например, моларната маса на О 2 е 32 грама / мол; т.е., на мол кислородни молекули има маса от 32 грама, и молекула на О 2 има молекулна маса от 32 ф. По същия начин, молната маса на Н е 1 g / mol: един мол от H атоми има маса 1 g, а един H атом има атомна маса 1 u.
Как се изчислява числото на Avogadro
Колко е мол? Каква е стойността на N A, така че атомната и молекулната маса да имат същата числова стойност като моларните маси? За да разберете, трябва да се реши следното уравнение:
12 g 12 C = N A ma
Но мама е 12 amu.
12 g 12 C = N A 12uma
Ако знаете колко струва аму (1,667 10 -24 g), можете директно да изчислите N A:
N A = (12 g / 2 · 10 -23 g)
= 5,998 10 23 атома с 12 С
Дали този номер е идентичен с този, представен в началото на статията? Не. Докато десетични дроби играят срещу има са много по-точни изчисления за определяне на N A.
По-точни методи за измерване
Ако вече знаете дефиницията на мол, особено на мол от електрони и електрическия заряд, който носят (приблизително 96 500 С / мол), знаейки заряда на отделен електрон (1,602 × 10-19 С), можете да изчислете и N A по този начин:
N A = (96500 C / 1,660 × 10 −19 C)
= 6.0237203 10 23 електрона
Тази стойност изглежда още по-добре.
Друг начин за изчисляването му се състои от рентгенови кристалографски техники, като се използва ултрачиста силициева сфера от 1 кг. За това се използва формулата:
N A = n (V u / V m)
Където n е броят на атомите, присъстващи в единичната клетка на силициев кристал (n = 8), и V u и V m са обемите съответно на единицата и на моларната клетка. Познавайки променливите за силициевия кристал, по този метод може да се изчисли числото на Авогадро.
Приложения
Числото на Avogadro позволява по същество да изрази ненормалните количества елементарни частици в прости грамове, които могат да бъдат измерени на аналитични или рудиментарни баланси. Не само това: ако едно атомно свойство се умножи по N A, неговото проявление ще бъде получено в макроскопични мащаби, видими в света и с просто око.
Следователно и с основателна причина се казва, че това число функционира като мост между микроскопичното и макроскопичното. Често се среща особено във физикохимията, когато се опитва да свърже поведението на молекули или йони с това на техните физични фази (течни, газови или твърди).
Решени упражнения
Изчисленията в раздел два примера на упражнения, използващи N, бяха адресирани до. Тогава ще пристъпим към решаването на още две.
Упражнение 1
Какво е масата на молекула на H 2 O?
Ако неговата молекулна маса е известно, че е 18 г / мол, след това един мол H 2 O молекули има маса от 18 грама; но въпросът се отнася само за отделна молекула. За да се изчисли нейната маса, се използват коефициентите на преобразуване:
(18 g / mol H 2 O) · (mol H 2 O / 6.02 · 10 23 молекули H 2 O) = 2.99 · 10 -23 g / молекула H 2 O
Това означава, че молекулата на H 2 O има маса от 2,99 · 10 -23 грам.
Упражнение 2
Колко атома на диспрозиевия метал (Dy) ще съдържа парче от него, чиято маса е 26 g?
Атомната маса на диспрозия е 162,5 u, равна на 162,5 g / mol, използвайки числото на Avogadro. Отново продължаваме с коефициентите на преобразуване:
(26 g) · (mol Dy / 162.5 g) · (6.02 · 10 23 Dy атоми / mol Dy) = 9.63 · 10 22 Dy атоми
Тази стойност е 0,16 пъти по-малка от N A (9,63 · 10 22 / 6,02 · 10 23) и следователно, споменатото парче има 0,16 мола диспрозий (може да се изчисли и с 26/162, 5).
Препратки
- Wikipedia. (2019). Константа Avogadro. Възстановено от: en.wikipedia.org
- Atteberry Jonathan. (2019). Какво е числото на Avogadro? Как нещата работят. Възстановени от: science.howstuffworks.com
- Райън Беноа, Майкъл Тай, Чарли Уанг и Джейкъб Гомес. (02 май 2019 г.). Къртицата и Константът на Авогадро. Химия LibreTexts. Възстановено от: chem.libretexts.org
- Ден на бенки. (SF). Историята на броя на Авогадро: 6,02 пъти от 10 до 23 -то. Възстановено от: moleday.org
- Хелменстин, Ан Мари, доктор на науките (06 януари 2019 г.). Експериментално определяне на броя на Авогадро. Възстановено от: thinkco.com
- Томас Герман. (SF). Числото на Авогадро. IES Доминго Мирал. Възстановено от: iesdmjac.educa.aragon.es
- Хоакин Сан Фрутос Фернандес. (SF). Концепцията за брой и мол на Avogadro. Възстановено от: encina.pntic.mec.es
- Бернардо Херадон. (3 септември 2010 г.). Конгресът на Карлсруе: 150 години. Възстановено от: madrimasd.org
- Джордж М. Боднър. (16 февруари 2004 г.). Как беше определен броят на Avogadro? Научен американец. Възстановено от: scienceamerican.com