Италианският учен Амедео Авогадро, съвременник на А. С. Пушкин, е първият, който разбира, че броят на атомите (молекулите) в един грам-атом (мол) на веществото е еднакъв за всички вещества. Познаването на това число отваря пътя за оценка на размера на атомите (молекулите). По време на живота на Авогадро неговата хипотеза не получи необходимото признание. Историята на числото Авогадро е тема на нова книга на Евгений Залманович Мейлихов, професор в Московския физико-технологичен институт, главен изследовател в Националния изследователски център "Курчатовски институт".

Ако в резултат на някаква световна катастрофа цялото натрупано знание би било унищожено и само една фраза би достигнала до бъдещите поколения живи същества, тогава какво твърдение, съставено от най-малко думи, би донесло най-много информация? Вярвам, че това е атомната хипотеза:<...>всички тела са съставени от атоми – малки тела, които са в постоянно движение.

Р. Файнман, „Лекциите на Фейнман по физика“

Числото на Авогадро (константа на Авогадро, константа на Авогадро) се определя като броя на атомите в 12 грама от чистия изотоп въглерод-12 (12 C). Обикновено се обозначава като нА, по-рядко Л. Стойността на числото на Авогадро, препоръчана от CODATA (работна група по фундаментални константи) през 2015 г.: н A = 6,02214082(11) 1023 mol −1. Един мол е количеството вещество, което съдържа н A структурни елементи (т.е. толкова елементи, колкото атоми има в 12 g 12 C), а структурните елементи обикновено са атоми, молекули, йони и т.н. По дефиниция единицата за атомна маса (amu) е 1/12 от маса на атом 12 C. Един мол (грам-мол) от вещество има маса (моларна маса), която, когато е изразена в грамове, е числено равна на молекулното тегло на това вещество (изразено в единици за атомна маса). Например: 1 mol натрий има маса 22,9898 g и съдържа (приблизително) 6,02 10 23 атома, 1 mol калциев флуорид CaF 2 има маса (40,08 + 2 18,998) = 78,076 g и съдържа (приблизително) 6 . 02 10 23 молекули.

В края на 2011 г. на XXIV Генерална конференция по мерки и теглилки беше единодушно прието предложение за дефиниране на мола в бъдеща версия на Международната система от единици (SI) по такъв начин, че да се избегне обвързването му с определението от грам. Предполага се, че през 2018 г. бенката ще се определя директно от числото на Авогадро, на което ще бъде присвоена точна (без грешка) стойност въз основа на резултатите от измерването, препоръчани от CODATA. Засега числото на Авогадро не се приема по дефиниция, а е измерена стойност.

Тази константа е кръстена на известния италиански химик Амедео Авогадро (1776–1856), който, въпреки че самият той не знае това число, разбира, че това е много голяма стойност. В зората на развитието на атомната теория Авогадро излага хипотеза (1811 г.), според която при една и съща температура и налягане равни обеми идеални газове съдържат същото числомолекули. По-късно беше показано, че тази хипотеза е следствие кинетична теориягазове и сега е известен като закон на Авогадро. Може да се формулира по следния начин: един мол от всеки газ при същата температура и налягане заема същия обем, при нормални условия равен на 22,41383 литра (нормалните условия съответстват на налягането П 0 = 1 atm и температура T 0 = 273,15 K). Това количество е известно като моларен обем на газа.

Първият опит да се намери броят на молекулите, заемащи даден обем, е направен през 1865 г. от J. Loschmidt. От неговите изчисления следва, че броят на молекулите на единица обем въздух е 1,8 10 18 cm −3, което, както се оказа, е около 15 пъти по-малко от правилната стойност. Осем години по-късно J. Maxwell дава оценка, много по-близка до истината - 1,9 · 10 19 cm −3 . Накрая, през 1908 г., Перин дава вече приемлива оценка: н A = 6,8 10 23 mol −1 Числото на Авогадро, намерено от експерименти върху брауновото движение.

Оттогава са разработени голям брой независими методи за определяне на числото на Авогадро и по-точни измервания показват, че в действителност има (приблизително) 2,69 x 10 19 молекули в 1 cm 3 идеален газ при нормални условия. Това количество се нарича число на Лошмид (или константа). Съответства на числото на Авогадро н A ≈ 6,02 10 23 .

Числото на Авогадро е една от важните физични константи, изиграла важна роля в развитието на природните науки. Но дали това е „универсална (фундаментална) физическа константа“? Самият термин не е дефиниран и обикновено се свързва с повече или по-малко подробна таблица на числените стойности на физическите константи, които трябва да се използват при решаването на проблеми. В това отношение фундаменталните физически константи често се считат за онези количества, които не са константи от природата и дължат съществуването си само на избраната система от единици (като например магнитните и електрическите вакуумни константи) или условни международни споразумения (като, например единицата за атомна маса). Фундаменталните константи често включват много производни величини (например газовата константа Р, класическият електронен радиус r e= д 2 / мд ° С 2 и т.н.) или, както в случая с моларния обем, стойността на някакъв физичен параметър, свързан със специфични експериментални условия, които са избрани само от съображения за удобство (налягане 1 atm и температура 273,15 K). От тази гледна точка числото на Авогадро е наистина фундаментална константа.

Тази книга е посветена на историята и развитието на методите за определяне на това число. Епосът продължава около 200 години и на различни етапи се свързва с различни физически модели и теории, много от които не са загубили своята актуалност и до днес. Най-ярките научни умове имаха пръст в тази история - достатъчно е да посочим А. Авогадро, Дж. Лошмид, Дж. Максуел, Дж. Перин, А. Айнщайн, М. Смолуховски. Списъкът може да продължи безкрайно...

Авторът трябва да признае, че идеята за книгата не принадлежи на него, а на Лев Федорович Соловейчик, негов съученик в Московския физико-технологичен институт, човек, който се занимава с приложни изследвания и разработки, но остава романтик физик по душа. Това е човек, който (един от малкото) продължава „дори в нашия жесток век“ да се бори за истинско „висше“ физическо образование в Русия, оценява и, доколкото е възможно, насърчава красотата и елегантността на физическите идеи . Известно е, че от сюжета, който А. С. Пушкин представи на Н. В. Гогол, възникна блестяща комедия. Разбира се, тук не е така, но може би и тази книга ще бъде полезна на някого.

Тази книга не е „научно-популярен“ труд, въпреки че може да изглежда така на пръв поглед. Той обсъжда сериозна физика на някакъв исторически фон, използва сериозна математика и обсъжда доста сложни научни модели. Всъщност книгата се състои от две (невинаги рязко разграничени) части, предназначени за различни читатели – на някои може да им е интересна от историческа и химическа гледна точка, а на други да се фокусира върху физико-математическата страна на проблема. Авторът е имал предвид любознателен читател - студент от Физическия или Химическия факултет, който не е чужд на математиката и е запален по историята на науката. Има ли такива студенти? Авторът не знае точния отговор на този въпрос, но въз основа на собствения си опит се надява, че има.

Въведение (съкратено) към книгата: Мейлихов Е. З. Числото на Авогадро. Как да видите атом. - Dolgoprudny: Издателска къща "Интелект", 2017 г.

Количество веществоν е равно на отношението на броя на молекулите в дадено тяло към броя на атомите в 0,012 kg въглерод, т.е. броят на молекулите в 1 мол вещество.
ν = N / N A
където N е броят на молекулите в дадено тяло, N A е броят на молекулите в 1 мол от веществото, което изгражда тялото. N A е константата на Авогадро. Количеството вещество се измерва в молове. Константа на Авогадрое броят на молекулите или атомите в 1 мол вещество. Тази константа получи името си в чест на италианския химик и физик Амедео Авогадро(1776 - 1856). 1 мол от всяко вещество съдържа същия брой частици.
N A \u003d 6,02 * 10 23 mol -1 Моларна масае масата на веществото, взето в количество от един мол:
μ = m 0 * N A
където m 0 е масата на молекулата. Моларната маса се изразява в килограми на мол (kg/mol = kg*mol -1). Моларната маса е свързана с относителната молекулна маса чрез връзката:

μ \u003d 10 -3 * M r [kg * mol -1]
Масата на всяко количество вещество m е равна на произведението на масата на една молекула m 0 от броя на молекулите:
m = m 0 N = m 0 N A ν = μν
Количеството на веществото е равно на съотношението на масата на веществото към неговата моларна маса:

ν = m / μ
Масата на една молекула от веществото може да се намери, ако са известни моларната маса и константата на Авогадро:
m 0 = m / N = m / νN A = μ / N A

Идеален газ- математически модел на газ, в който се приема, че потенциалната енергия на взаимодействието на молекулите може да бъде пренебрегната в сравнение с тяхната кинетична енергия. Между молекулите няма сили на привличане или отблъскване, сблъсъците на частиците помежду си и със стените на съда са абсолютно еластични, а времето на взаимодействие между молекулите е пренебрежимо малко в сравнение със средното време между сблъсъци. В разширения модел на идеален газ частиците, от които той се състои, също имат форма под формата на еластични сфери или елипсоиди, което позволява да се вземе предвид енергията не само на транслационно, но и на ротационно-колебателно движение , както и не само централни, но и нецентрални сблъсъци на частици и т.н.)