- histórie
- Inšpirácie Amedeo Avogadra
- Molekulárna hypotéza
- O päťdesiat rokov neskôr
- Narodenie funkčného obdobia
- Z čoho pozostáva a jednotky
- Atómový a molekulárny gram
- Molárne hmotnosti a krtek
- Ako sa počíta Avogadrovo číslo
- Presnejšie metódy merania
- aplikácia
- Riešené cvičenia
- Cvičenie 1
- Cvičenie 2
- Referencie
Avogadrova konštanta je ten, ktorý udáva, koľko častice zahŕňajú jeden mol látky. Bežne sa označuje symbolom N A alebo L a má mimoriadnu veľkosť: 6,02,10 23 , napísanú vedeckým zápisom; ak sa nepoužije, musí byť napísané v plnom rozsahu: 60200000000000000000000000.
Aby sa zabránilo používaniu a uľahčilo jeho použitie, je vhodné odkázať na číslo Avogadra, ktoré ho nazýva krtek; toto je názov priradený jednotke zodpovedajúcej takémuto množstvu častíc (atómy, protóny, neutróny, elektróny atď.). Ak teda tucet zodpovedá 12 jednotkám, krtko obsahuje jednotky N A , čo zjednodušuje stechiometrické výpočty.
Avogadrovo číslo napísané vedeckým zápisom. Zdroj: PRHaney
Matematicky nemusí byť číslo Avogadra najväčšie zo všetkých; ale mimo sféry vedy by jej použitie na označenie množstva akéhokoľvek objektu prekročilo hranice ľudskej fantázie.
Napríklad, krtko ceruziek by zahŕňalo výrobu 6,02,10 23 jednotiek, pričom by sa v tomto procese nechala Zem bez pľúc rastlín. Podobne ako tento hypotetický príklad, mnoho ďalších je oplývajúcich, čo umožňuje nahliadnuť do veľkoleposti a použiteľnosti tohto čísla pre astronomické veličiny.
Ak sa N A a krtek odvolávajú na prehnané množstvá čohokoľvek, aké užitočné sú pre vedu? Ako už bolo povedané na začiatku: umožňujú vám „počítať“ veľmi malé častice, ktorých počet je neuveriteľne obrovský dokonca aj v zanedbateľných množstvách hmoty.
Najmenšia kvapka kvapaliny obsahuje miliardy častíc, ako aj najsmiešnejšie množstvo danej tuhej látky, ktoré je možné vážiť na ľubovoľnej váhe.
Nie je iba vedecký formát, molárna príde na podporu, čo ukazuje, ako moc, viac alebo menej, to je látka alebo zlúčenina, ktorá má N- A . Napríklad 1 g striebra zodpovedá asi 9,10 až 3 mol; inými slovami, takmer stotina N A (5,6,10 21 atómov Ag, približne) „obýva“ tento gram .
histórie
Inšpirácie Amedeo Avogadra
Niektorí ľudia veria, že Avogadrovo číslo bolo konštantou určenou Lorenzo Romanom Amedeom Carlom Avogadrom z Quaregny a Cerreta, známejším ako Amedeo Avogadro; Avšak, tento vedec, právnik, ktorý je venovaný štúdiu vlastností plynov, a inšpirovaný prácou Dalton a Gay-Lussac nebol ktorý predstavil N A .
Od Daltona sa Amadeo Avogadro dozvedel, že masy plynov sa kombinujú alebo reagujú v konštantných pomeroch. Napríklad, množstvo vodíka úplne reaguje s osemkrát väčšou hmotnosťou kyslíka; keď sa tento podiel nesplnil, zostal jeden z týchto dvoch plynov v prebytku.
Na druhej strane od Gay-Lussac sa dozvedel, že objemy plynov reagujú v pevnom vzťahu. Teda dva objemy vodíka reagujú s jedným z kyslíka za vzniku dvoch objemov vody (vo forme pary, vzhľadom na generované vysoké teploty).
Molekulárna hypotéza
V roku 1811 Avogadro zhustil svoje myšlienky, aby sformuloval svoju molekulárnu hypotézu, v ktorej vysvetlil, že vzdialenosť, ktorá oddeľuje plynné molekuly, je konštantná, pokiaľ sa tlak a teplota nemenia. Táto vzdialenosť potom definuje objem, ktorý môže plyn obsadzovať v nádobe s rozpínateľnými bariérami (napríklad balónik).
Teda, vzhľadom na hmotnosť plynu A, ma A a hmotnosť plynu B, m B , ma A a B budú mať rovnaký objem za normálnych podmienok (T = 0 ° C a P = 1 atm), ak oba ideálne plyny majú rovnaký počet molekúl; toto bola hypotéza dnešného zákona o Avogadrovi.
Z jeho pozorovaní tiež vyvodil, že vzťah medzi hustotami plynov, opäť A a B, je rovnaký ako vzťah ich relatívnych molekulových hmotností (ρ A / ρ B = M A / M B ).
Jeho najväčším úspechom bolo zavedenie termínu „molekula“, ako je známe dnes. Avogadro považovalo vodík, kyslík a vodu za molekuly a nie za atómy.
O päťdesiat rokov neskôr
Myšlienka jej rozsievkových molekúl sa stretla so silnou rezistenciou medzi chemikmi v 19. storočí. Aj keď Amadeo Avogadro vyučoval fyziku na univerzite v Turíne, jeho práca nebola príliš akceptovaná a pod tieňom experimentov a pozorovaní od renomovaných chemikov bola jeho hypotéza pochovaná päťdesiat rokov.
Dokonca ani prínos známeho vedca André Ampereho, ktorý podporil Avogadrovu hypotézu, nestačil pre chemikov, aby to brali vážne.
Až taliansky kongres v Karlsruhe v roku 1860 zachránil mladý taliansky chemik Stanislao Cannizzaro v reakcii na chaos Avogadrovu prácu kvôli nedostatku spoľahlivých a pevných atómových hmôt a chemických rovníc.
Narodenie funkčného obdobia
To, čo sa nazýva „číslo Avogadra“, predstavil francúzsky fyzik Jean Baptiste Perrin takmer o sto rokov neskôr. Aproximáciu N A určil rôznymi metódami z jeho práce o Brownovom pohybe.
Z čoho pozostáva a jednotky
Atómový a molekulárny gram
Avogadrovo číslo a krtek sú spojené; druhá však existovala pred prvou.
Pri znalosti relatívnej hmotnosti atómov bola jednotka atómovej hmotnosti (amu) zavedená ako jedna dvanástina atómu izotopu uhlíka 12; zhruba hmotnosť protónu alebo neutrónu. Týmto spôsobom bolo známe, že uhlík je dvanásťkrát ťažší ako vodík; to znamená, že 12 ° C váži 12u a 1 H váži 1 u.
Koľko hmotnosti sa však človek skutočne rovná? Ako by bolo možné zmerať hmotnosť takýchto malých častíc? Potom prišla myšlienka o atóme gramu a molekule gramu, ktoré boli neskôr nahradené mólom. Tieto jednotky pohodlne spojili gram s amu nasledujúcim spôsobom:
12 g 12 C = Nm
Počet 12 atómov dusíka vynásobený ich atómovou hmotnosťou dáva číselne identickú hodnotu s relatívnou atómovou hmotnosťou (12 amu). Z tohto dôvodu, 12 g 12 ° C predstavoval jeden atóm gram; 16 g 16 O, na jeden gram atómu kyslíka; 16 g CH 4 bol jeden gram molekula metánu, a tak ďalej s inými prvkami alebo zlúčeninami.
Molárne hmotnosti a krtek
Grónový atóm a gramová molekula pozostávali skôr z molárnych hmôt atómov a molekúl, z toho jedna molekula.
Definícia molu sa teda stáva: jednotkou určenou pre počet atómov prítomných v 12 g čistého uhlíka 12 (alebo 0,012 kg). A medzitým sa stal označil n n A .
Avogadrovo číslo teda formálne pozostáva z počtu atómov, ktoré tvoria takýchto 12 g uhlíka 12; a jeho jednotka je mól a jeho deriváty (kmol, mmol, lb-mól, atď.).
Molárne hmotnosti sú molekulové (alebo atómové) hmotnosti vyjadrené ako funkcia mólov.
Napríklad molárna hmotnosť O 2 , je 32 g / mol; to znamená, že jeden mol molekúl kyslíka má hmotnosť 32 g, a molekula O 2, má molekulovú hmotnosť 32 u. Podobne je molová hmotnosť H 1 g / mol: jeden mól atómov H má hmotnosť 1 g a jeden atóm H má atómovú hmotnosť 1 u.
Ako sa počíta Avogadrovo číslo
Koľko je krtek? Aká je hodnota N A tak, aby atómové a molekulové hmotnosti mali rovnakú číselnú hodnotu ako molárne hmotnosti? Na zistenie je potrebné vyriešiť nasledujúcu rovnicu:
12 g 12 C = N ma
Ale ma je 12 amu.
12 g 12 C = N A 12uma
Ak viete, koľko stojí hodnota amu (1 667 10 - 24 g), môžete priamo vypočítať N A :
N A = (12 g / 2,10 - 23 g)
= 5,998 10 23 atómami 12 C
Je toto číslo totožné s číslom uvedeným na začiatku článku? Nie. Aj keď desatinné hrať proti, tam sú oveľa viac presné výpočty pre určenie N A .
Presnejšie metódy merania
Ak už poznáte definíciu krtka, najmä krtka elektrónov a elektrický náboj, ktorý nesú (približne 96 500 C / mol), pričom viete, že sa jedná o náboj jednotlivého elektrónu (1 602 × 10 −19 C), môžete vypočítať N A tiež týmto spôsobom:
N A = (96500 C / 1,602 × 10 -19 ° C)
= 6,0237203 10 23 elektrónov
Táto hodnota vyzerá ešte lepšie.
Ďalší spôsob, ako ju vypočítať, je rôntgenová kryštalografia, pri ktorej sa používa 1 kg ultračistá kremíková guľa. Na tento účel sa používa vzorec:
N A = n (V u / V m )
Pričom n je počet atómov prezentovať v jednotkovej bunke kryštálu kremíka (n = 8), a V u a V m sú objemy jednotky a molárna bunky, v danom poradí. Známe premenné pre kremíkový kryštál, Avogadrovo číslo sa môže vypočítať touto metódou.
aplikácia
Avogadrovo číslo v podstate umožňuje vyjadriť priepastné množstvá elementárnych častíc v jednoduchých gramoch, ktoré je možné merať pomocou analytických alebo základných rovnováh. Nielen to: ak sa atómová vlastnosť vynásobí N A , jej prejav sa získa v makroskopických mierkach, ktoré sú viditeľné vo svete a voľným okom.
Preto sa uvádza, že z dobrého dôvodu toto číslo funguje ako most medzi mikroskopickými a makroskopickými. Často sa vyskytuje najmä vo fyzikochémii, keď sa snaží spojiť správanie molekúl alebo iónov so správaním ich fyzikálnych fáz (kvapalina, plyn alebo pevná látka).
Riešené cvičenia
Výpočty v sekcii dva príklady cvičenie s využitím N boli určené pre . Potom pristúpime k riešeniu ďalších dvoch.
Cvičenie 1
Čo je hmotnosť molekuly H 2 O?
Ak je jeho molekulová hmotnosť je známe, že 18 g / mol, a potom jeden mol H 2 O molekúl má hmotnosť 18 gramov; ale otázka sa týka samostatnej molekuly. Na výpočet jeho hmotnosti sa používajú prevodné faktory:
(18 g / mol H 2 O) · (mol H 2 O / 6,02 · 10 23 molekuly H 2 O) = 2,99 x 10 -23 g / molekula H 2 O
To znamená, že molekula H 2 O má hmotnosť 2,99 · 10 -23 g.
Cvičenie 2
Koľko atómov dysprosiového kovu (Dy) bude obsahovať jeho časť, ktorej hmotnosť je 26 g?
Atómová hmotnosť dysprosia je 162,5 u, rovná sa 162,5 g / mol s použitím Avogadrovho čísla. Opäť pokračujeme s konverznými faktormi:
(26 g), · (mol Dy / 162,5) · (6,02 · 10 23 Dy atómov / mol Dy) = 9,63 · 10 22 Dy atómov
Táto hodnota je 0,16 krát menší ako N A (9,63 x 10 22 / 6,02 x 10 23 ), a preto uvedený kus má 0,16 molí dysprózium (to môže byť tiež počítané s 26/162 , 5).
Referencie
- Wikipedia. (2019). Avogadroova konštanta. Obnovené z: en.wikipedia.org
- Atteberry Jonathan. (2019). Aké je číslo Avogadra? HowStuffWorks. Získané z: science.howstuffworks.com
- Ryan Benoit, Michael Thai, Charlie Wang a Jacob Gomez. (2. mája 2019). Krtol a Avogadro's Constant. Chémia LibreTexts. Obnovené z: chem.libretexts.org
- Krtek deň. (SF). História Avogadro číslo: 6,02 krát 10 do 23 rd . Získané z: moleday.org
- Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (06. januára 2019). Experimentálne stanovenie Avogadrovho čísla. Získané z: thinkco.com
- Tomás Germán. (SF). Avogadrovo číslo. IES Domingo Miral. Získané z: iesdmjac.educa.aragon.es
- Joaquín San Frutos Fernández. (SF). Avogadro je číslo a krtek koncept. Získané z: encina.pntic.mec.es
- Bernardo Herradón. (3. september 2010). Kongres v Karlsruhe: 150 rokov. Obnovené z: madrimasd.org
- George M. Bodner. (16. februára 2004). Ako bolo stanovené číslo Avogadra? Scientific American. Získané z: scientificamerican.com