> Числото на Авогадро

Разберете какво е Числото на Авогадров молитви. Изследвайте съотношението на количеството вещество на молекулите и числото на Авогадро, Брауновото движение, газовата константа и Фарадей.

Броят на молекулите в един мол се нарича числото на Авогадро, което е 6,02 x 10 23 mol -1.

Учебна задача

• Разберете връзката между числото на Авогадро и бенките.

Ключови точки

• Авогадро предполага, че в случай на еднородно налягане и температура равни газови обеми съдържат еднакъв брой молекули.
• Константата на Авогадро е важен фактор, тъй като свързва други физически константи и свойства.
• Алберт Айнщайн вярва, че това число може да бъде получено от количествата брауново движение. За първи път е измерен през 1908 г. от Жан Перин.

Условия

• Газовата константа е универсалната константа (R), произтичаща от закона за идеалния газ. Извлича се от константата на Болцман и числото на Авогадро.
• Константата на Фарадей е количеството електрически заряд на мол електрони.
• Брауновото движение е произволно изместване на елементи, образувани поради удари с отделни молекули в течност.

Ако сте изправени пред промяна в количеството на дадено вещество, тогава е по-лесно да използвате единица, различна от броя на молекулите. Молът е основната единица в международната система и предава вещество, съдържащо толкова атоми, колкото се съхраняват в 12 g въглерод-12. Това количество вещество се нарича число на Авогадро.

Той успя да установи връзка между масите на един и същи обем на различни газове (при условия на същата температура и налягане). Това допринася за връзката на техните молекулни тегла

Числото на Авогадро предава броя на молекулите в един грам кислород. Не забравяйте, че това е индикация за количествената характеристика на дадено вещество, а не независим размер на измерване. През 1811 г. Авогадро предполага, че обемът на газ може да бъде пропорционален на броя на атомите или молекулите и това няма да бъде повлияно от природата на газа (числото е универсално).

Жан Перин печели Нобелова награда за физика през 1926 г. за извеждането на константата на Авогадро. Значи числото на Авогадро е 6,02 x 10 23 mol -1.

научна значимост

Константата на Авогадро играе ролята на важно звено в макро- и микроскопичните природни наблюдения. Той един вид изгражда мост за други физически константи и свойства. Например установява връзка между газовата константа (R) и Болцман (k):

R = kN A = 8,314472 (15) J mol -1 K -1 .

А също и между константата на Фарадей (F) и елементарния заряд (e):

F = N A e = 96485.3383 (83) C mol -1 .

Постоянно изчисление

Дефиницията на числото влияе върху изчисляването на масата на атома, която се получава чрез разделяне на масата на мол газ на числото на Авогадро. През 1905 г. Алберт Айнщайн предлага да се изведе въз основа на величините на брауновото движение. Именно тази идея тества Жан Перин през 1908 г.

Закон на Авогадро

В зората на развитието на атомната теория (), А. Авогадро изложи хипотеза, според която при една и съща температура и налягане равни обеми идеални газове съдържат същото числомолекули. По-късно беше показано, че тази хипотеза е необходимо следствие от кинетична теорияи 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 . Това количество е известно като моларен обем на газа.

Самият Авогадро не е правил оценки за броя на молекулите в даден обем, но е разбрал, че това е много голяма стойност. Първият опит да се намери броят на молекулите, заемащи даден обем, е направен през годината J. Loschmidt. От изчисленията на Лошмид следва, че за въздуха броят на молекулите на единица обем е 1,81·10 18 cm −3, което е около 15 пъти по-малко от истинската стойност. След 8 години Максуел дава много по-близка оценка от "около 19 милиона милиона милиона" молекули на кубичен сантиметър, или 1,9·10 19 cm −3. Всъщност 1 cm³ идеален газ при нормални условия съдържа 2,68675·10 19 молекули. Това количество се нарича число на Лошмид (или константа). Оттогава са разработени голям брой независими методи за определяне на числото на Авогадро. Отличното съответствие на получените стойности е убедително доказателство за реалния брой молекули.

Постоянно измерване

Официално приетата днес стойност на числото на Авогадро е измерена през 2010 г. За целта са използвани две сфери от силиций-28. Сферите са получени в Института по кристалография на Лайбниц и са полирани в Австралийския център за високопрецизна оптика толкова гладко, че височината на издатините на тяхната повърхност не надвишава 98 nm. За тяхното производство е използван силиций-28 с висока чистота, изолиран в Нижегородския институт по химия на веществата с висока чистота на Руската академия на науките от силициев тетрафлуорид, силно обогатен на силиций-28, получен в Централното конструкторско бюро по механика Инженерство в Санкт Петербург.

Имайки такива практически идеални обекти, е възможно да се преброи с висока точност броят на силициевите атоми в топката и по този начин да се определи числото на Авогадро. Според получените резултати е равно на 6,02214084(18)×10 23 mol −1 .

Връзка между константи

• Чрез произведението на константата на Болцман, универсалната газова константа, Р=kNА.
• Чрез произведението на елементарен електрически заряд и числото на Авогадро, константата на Фарадей се изразява, Е=enА.

Вижте също

Бележки

Литература

• Числото на Авогадро // Голяма съветска енциклопедия

Фондация Уикимедия. 2010 г.

Вижте какво е "числото на Авогадро" в други речници:

- (константа на Авогадро, символ L), константа, равна на 6.022231023, съответства на броя на атомите или молекулите, съдържащи се в един MOL на вещество ... Научно-технически енциклопедичен речник

Числото на Авогадро- Avogadro konstanta statusas T sritis chemija apibrėžtis Dalelių (atomų, molekulių, jonų) skaičius viename medziagos molyje, lygus (6.02204 ± 0.000031) 10²³ mol⁻¹. santrumpa(os) Santrumpą žr. приеде. priedas(ai) Grafinis formatas atitikmenys:… … Chemijes terminų aiskinamasis žodynas

Числото на Авогадро- Avogadro konstanta statusas T sritis fizika atitikmenys: англ. константа на Авогадро; Числото на Авогадро вок. Avogadro Konstante, f; Avogadrosche Konstante, е рус. Константа на Авогадро, f; Числото на Авогадро, n пранц. константа на Авогадро, f; nombre… … Fizikos terminų žodynas

Константа на Авогадро (число на Авогадро)- броят на частиците (атоми, молекули, йони) в 1 мол вещество (мол е количеството вещество, което съдържа толкова частици, колкото има атоми в точно 12 грама от изотопа въглерод 12), обозначен с символ N = 6.023 1023. Един от ... ... Началото на съвременното естествознание

- (числото на Авогадро), броят на структурните елементи (атоми, молекули, йони или други h c) в единици. брои va до va (в един мол). Кръстен на А. Авогадро, обозначен като NA. A. p. една от основните физични константи, от съществено значение за определяне на много ... Физическа енциклопедия

- (число на Авогадро; обозначено с NA), броят на молекулите или атомите в 1 мол вещество, NA \u003d 6,022045 (31) x 1023 mol 1; име на име А. Авогадро ... Естествени науки. енциклопедичен речник

- (числото на Авогадро), броят на частиците (атоми, молекули, йони) в 1 мол във VA. Означава се NA и е равно на (6.022045 ... Химическа енциклопедия

Na \u003d (6,022045 ± 0,000031) * 10 23 броят на молекулите в мол от всяко вещество или броят на атомите в мол от просто вещество. Една от основните константи, с която можете да определите такива количества като например масата на атом или молекула (вижте ... ... Енциклопедия на Collier

От училищен курс по химия знаем, че ако вземем един мол от всяко вещество, то ще съдържа 6.02214084(18).10^23 атома или други структурни елементи (молекули, йони и т.н.). За удобство числото на Авогадро обикновено се изписва в следната форма: 6.02. 10^23.

Защо обаче константата на Авогадро (на украински „стана Авогадро“) е равна на тази стойност? В учебниците няма отговор на този въпрос, а историците по химия предлагат най-различни версии. Изглежда, че числото на Авогадро има някакво тайно значение. В крайна сметка има магически числа, като някои включват числото "пи", числата на Фибоначи, седем (осем на изток), 13 и т.н. Ще се борим с информационния вакуум. Няма да говорим за това кой е Амедео Авогадро и защо, в допълнение към формулирания от него закон, откритата константа, кратер на Луната също е кръстен на този учен. За това вече са изписани много статии.

За да бъда точен, не броих молекули или атоми в конкретен обем. Първият човек, който се опита да разбере колко молекули газ

съдържащи се в даден обем при същото налягане и температура, е Йозеф Лошмид и това е през 1865 г. В резултат на своите експерименти Лошмид стигна до извода, че в един кубичен сантиметър от всеки газ при нормални условия има 2,68675. 10^19 молекули.

Впоследствие бяха изобретени независими методи за определяне на числото на Авогадро и тъй като резултатите в по-голямата си част съвпадаха, това отново говори в полза на действителното съществуване на молекули. В момента броят на методите е над 60, но през последните години учените се опитват да подобрят още повече точността на оценката, за да въведат нова дефиниция на термина „килограм“. Досега килограмът се сравнява с избрания стандарт за материал без фундаментална дефиниция.

Но да се върнем на нашия въпрос - защо тази константа е равна на 6,022. 10^23?

В химията през 1973 г. за удобство при изчисленията беше предложено да се въведе такова понятие като "количество вещество". Основната единица за измерване на количеството беше молът. Според препоръките на IUPAC количеството на всяко вещество е пропорционално на броя на неговите специфични вещества елементарни частици. Коефициентът на пропорционалност не зависи от вида на веществото, а числото на Авогадро е неговата реципрочна стойност.

За да илюстрираме, нека вземем пример. Както е известно от определението за единица за атомна маса, 1 a.m.u. съответства на една дванадесета от масата на един въглероден атом 12C и е 1,66053878,10^(−24) грама. Ако умножите 1 a.m.u. чрез константата на Авогадро получавате 1000 g/mol. Сега да вземем малко, да речем, берилий. Според таблицата масата на един атом берилий е 9,01 amu. Нека изчислим на какво е равен един мол атоми на този елемент:

6,02 x 10^23 mol-1 * 1,66053878x10^(−24) грама * 9,01 = 9,01 грама/мол.

Така се оказва, че числено съвпада с атомното.

Константата на Авогадро е специално избрана така, че моларната маса да съответства на атомна или безразмерна стойност - относителна молекулярна стойност.

Доктор на физико-математическите науки Евгений Мейлихов

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

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. Фейнманови лекции 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 N A, по-рядко L. Стойността на числото на Авогадро, препоръчана от CODATA (работна група по фундаментални константи) през 2015 г.: N A = 6,02214082(11) 10 23 mol -1. Един мол е количеството вещество, което съдържа N A структурни елементи (т.е. толкова елементи, колкото има атоми в 12 g 12 C), а структурните елементи обикновено са атоми, молекули, йони и т.н. По дефиниция атомният единица маса (a.e.m) е равна на 1/12 от масата на атом 12 C. Един мол (грам-мол) от вещество има маса (моларна маса), която, изразена в грамове, е числено равна към 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 еднакъв брой молекули. По-късно беше доказано, че тази хипотеза е следствие от кинетичната теория на газовете и сега е известна 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 налягане P 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 много по-близка оценка до истината - 1,9·10 19 cm -3. Накрая, през 1908 г. Перин дава вече приемлива оценка: N 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). То съответства на числото на Авогадро N 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 R, класическият електронен радиус r e \u003d e 2 /m e c 2 и т.н.) или, както в случая с моларния обем, стойността на някакъв физически параметър, свързан до 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.

Информация за книгите на издателство "Интелект" - на сайта www.id-intellect.ru

Законът на Авогадро в химията помага да се изчисли обемът, моларната маса, количеството на газообразно вещество и относителната плътност на газа. Хипотезата е формулирана от Амедео Авогадро през 1811 г. и по-късно е потвърдена експериментално.

закон

Джоузеф Гей-Лусак е първият, който изучава реакциите на газовете през 1808 г. Той формулира законите на топлинното разширение на газовете и обемните съотношения, като получи от хлороводород и амоняк (два газа) кристално вещество - NH 4 Cl (амониев хлорид). Оказа се, че за създаването му е необходимо да се вземат същите обеми газове. Освен това, ако един газ е в излишък, тогава „допълнителната“ част след реакцията остава неизползвана.

Малко по-късно Авогадро формулира заключението, че при еднакви температури и налягания равни обеми газове съдържат еднакъв брой молекули. В този случай газовете могат да имат различни химични и физични свойства.

Ориз. 1. Амедео Авогадро.

От закона на Авогадро следват две следствия:

• първи - един мол газ при еднакви условия заема същия обем;
• второ - съотношението на масите на равни обеми на два газа е равно на съотношението на техните моларни маси и изразява относителната плътност на един газ по отношение на друг (означен с D).

Нормалните условия (n.s.) са налягане P=101,3 kPa (1 atm) и температура T=273 K (0°C). При нормални условия моларният обем на газовете (обемът на веществото към неговото количество) е 22,4 l / mol, т.е. 1 mol газ (6,02 ∙ 10 23 молекули - постоянно число Avogadro) заема обем от 22,4 литра. Моларен обем (V m) е постоянна стойност.

Ориз. 2. Нормални условия.

Разрешаване на проблем

Основното значение на закона е възможността за извършване на химически изчисления. Въз основа на първото следствие от закона можете да изчислите количеството газообразно вещество чрез обема, като използвате формулата:

където V е обемът на газа, V m е моларният обем, n е количеството вещество, измерено в молове.

Второто заключение от закона на Авогадро се отнася до изчисляването на относителната плътност на газ (ρ). Плътността се изчислява по формулата m/V. Ако вземем предвид 1 мол газ, тогава формулата за плътност ще изглежда така:

ρ (газ) = ​​M/V m,

където М е масата на един мол, т.е. моларна маса.

За да се изчисли плътността на един газ от друг газ, е необходимо да се знае плътността на газовете. Общата формула за относителната плътност на газ е следната:

D(y)x = ρ(x) / ρ(y),

където ρ(x) е плътността на единия газ, ρ(y) е плътността на втория газ.

Ако заместим изчислението на плътността във формулата, получаваме:

D (y) x \u003d M (x) / V m / M (y) / V m.

Моларният обем намалява и остава

D(y)x = M(x) / M(y).

Обмисли практическа употребазакон на примера на две задачи:

• Колко литра CO 2 ще бъдат получени от 6 mol MgCO 3 в реакцията на разлагане на MgCO 3 в магнезиев оксид и въглероден диоксид (n.o.)?
• Каква е относителната плътност на CO 2 за водорода и за въздуха?

Нека първо решим първия проблем.

n(MgCO3) = 6 mol

MgCO 3 \u003d MgO + CO 2

Количеството магнезиев карбонат и въглероден диоксид е еднакво (по една молекула), следователно n (CO 2) \u003d n (MgCO 3) \u003d 6 mol. От формулата n \u003d V / V m можете да изчислите обема:

V = nV m , т.е. V (CO 2) \u003d n (CO 2) ∙ V m \u003d 6 mol ∙ 22,4 l / mol = 134,4 l

Отговор: V (CO 2) \u003d 134,4 l

Решение на втория проблем:

• D (H2) CO 2 \u003d M (CO 2) / M (H 2) \u003d 44 g / mol / 2 g / mol \u003d 22;
• D (въздух) CO 2 \u003d M (CO 2) / M (въздух) \u003d 44 g / mol / 29 g / mol = 1,52.

Ориз. 3. Формули за количеството на веществото по обем и относителна плътност.

Формулите на закона на Авогадро работят само за газообразни вещества. Те не се отнасят за течности и твърди вещества.

Какво научихме?

Според формулировката на закона равни обеми газове при еднакви условия съдържат еднакъв брой молекули. При нормални условия (n.c.) стойността на моларния обем е постоянна, т.е. V m за газове винаги е 22,4 l/mol. От закона следва, че същият брой молекули на различни газове при нормални условия заемат един и същ обем, както и относителната плътност на един газ в друг - съотношението на моларната маса на един газ към моларната маса на втория газ.

Тематическа викторина

Доклад за оценка

Среден рейтинг: четири . Общо получени оценки: 261.