Konstantní avogadro charakterizuje. Jednotka atomové hmotnosti

> Avogadroovo číslo

Zjistěte, co je Avogadroovo číslo v modlitbách. Studujte poměr látkového množství molekul a Avogadroova čísla, Brownova pohybu, plynové konstanty a Faradaye.

Počet molekul v molu se nazývá Avogadro číslo, které je 6,02 x 10 23 mol -1.

Učební úkol

Pochopte vztah mezi Avogadrovým číslem a krtky.

Klíčové body

Avogadro navrhl, že v případě jednotného tlaku a teploty obsahují stejné objemy plynu stejný počet molekul.
Avogadrova konstanta je důležitým faktorem, protože spojuje další fyzikální konstanty a vlastnosti.
Albert Einstein věřil, že toto číslo lze odvodit z množství Brownův pohyb. Poprvé ji změřil v roce 1908 Jean Perrin.

Podmínky

Plynová konstanta je univerzální konstanta (R) vyplývající ze zákona o ideálním plynu. Získává se z Boltzmannovy konstanty a Avogadrova čísla.
Faradayova konstanta je množství elektrického náboje na mol elektronů.
Brownův pohyb je náhodné přemístění prvků vytvořených v důsledku nárazů jednotlivých molekul v kapalině.

Pokud se potýkáte se změnou množství látky, pak je jednodušší použít jinou jednotku než počet molekul. Mol je základní jednotkou v mezinárodním systému a přenáší látku obsahující tolik atomů, kolik je uloženo ve 12 g uhlíku-12. Toto množství látky se nazývá Avogadrovo číslo.

Podařilo se mu stanovit vztah mezi hmotnostmi stejného objemu různých plynů (za podmínek stejné teploty a tlaku). To přispívá ke vztahu jejich molekulových hmotností

Avogadro číslo vyjadřuje počet molekul v jednom gramu kyslíku. Nezapomeňte, že se jedná o indikaci kvantitativní charakteristiky látky, nikoli o nezávislou velikost měření. V roce 1811 Avogadro uhodl, že objem plynu může být úměrný počtu atomů nebo molekul, a to nebude ovlivněno povahou plynu (číslo je univerzální).

Jean Perinne získal v roce 1926 Nobelovu cenu za fyziku za odvození Avogadrovy konstanty. Avogadrovo číslo je tedy 6,02 x 10 23 mol -1.

vědecký význam

Avogadrova konstanta hraje roli důležitého článku v makro- a mikroskopických přírodních pozorováních. Staví most pro další fyzikální konstanty a vlastnosti. Například stanoví vztah mezi plynovou konstantou (R) a Boltzmannovou (k):

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

A také mezi Faradayovou konstantou (F) a elementárním nábojem (e):

F = NAe = 96485,3383 (83) C mol-1.

Konstantní výpočet

Definice čísla ovlivňuje výpočet hmotnosti atomu, který získáme dělením hmotnosti molu plynu Avogadrovým číslem. V roce 1905 ho Albert Einstein navrhl odvodit na základě velikosti Brownova pohybu. Právě tento nápad vyzkoušel Jean Perrin v roce 1908.

Avogadrův zákon

Na úsvitu rozvoje atomové teorie () předložil A. Avogadro hypotézu, podle níž při stejné teplotě a tlaku obsahují stejné objemy ideálních plynů stejné číslo molekul. Později se ukázalo, že tato domněnka je nezbytným důsledkem kinetická teorie, a je nyní známý jako Avogadrův zákon. Lze to formulovat následovně: jeden mol jakéhokoli plynu při stejné teplotě a tlaku zaujímá stejný objem, za normálních podmínek rovný 22,41383 . Toto množství je známé jako molární objem plynu.

Sám Avogadro nedělal odhady počtu molekul v daném objemu, ale pochopil, že jde o velmi velkou hodnotu. První pokus o zjištění počtu molekul zabírajících daný objem byl proveden v roce J. Loschmidt. Z Loschmidtových výpočtů vyplynulo, že pro vzduch je počet molekul na jednotku objemu 1,81·10 18 cm −3, což je asi 15krát méně než skutečná hodnota. Po 8 letech dal Maxwell mnohem bližší odhad „asi 19 milionů milionů milionů“ molekul na centimetr krychlový, neboli 1,9·10 19 cm −3 . Ve skutečnosti 1 cm³ ideálního plynu za normálních podmínek obsahuje 2,68675·10 19 molekul. Tato veličina se nazývá Loschmidtovo číslo (neboli konstanta). Od té doby bylo vyvinuto velké množství nezávislých metod pro stanovení Avogadroova čísla. Vynikající shoda získaných hodnot je přesvědčivým důkazem skutečného počtu molekul.

Konstantní měření

Údaje v tomto článku jsou aktuální k prosinci 2011.

Oficiálně akceptovaná hodnota dnešního Avogadrova čísla byla změřena v roce 2010. K tomu byly použity dvě koule vyrobené z křemíku-28. Koule byly získány v Leibniz Institute of Crystallography a vyleštěny v Australian Center for High Precision Optics tak hladce, že výšky výstupků na jejich povrchu nepřesáhly 98 nm. K jejich výrobě byl použit vysoce čistý křemík-28, izolovaný v Nižním Novgorodském institutu chemie vysoce čistých látek Ruské akademie věd z fluoridu křemíku vysoce obohaceného křemíkem-28, získaného v Central Design Bureau of Mechanical Strojírenství v Petrohradě.

S takto prakticky ideálními objekty je možné s vysokou přesností spočítat počet atomů křemíku v kouli a tím určit Avogadro číslo. Podle získaných výsledků se rovná 6,02214084(18)x1023 mol-1 .

Vztah mezi konstantami

Prostřednictvím součinu Boltzmannovy konstanty, univerzální plynové konstanty, R=kN A.
Prostřednictvím součinu elementárního elektrického náboje a Avogadrova čísla je vyjádřena Faradayova konstanta, F=en A.

viz také

Poznámky

Literatura

Avogadroovo číslo // Velká sovětská encyklopedie

Nadace Wikimedia. 2010 .

Podívejte se, co je „Avogadro's Number“ v jiných slovnících:

- (Avogadrova konstanta, symbol L), konstanta rovna 6,022231023, odpovídá počtu atomů nebo molekul obsažených v jednom MOL látky ... Vědeckotechnický encyklopedický slovník

Avogadroovo číslo- Avogadro konstanta statusas T sritis chemija apibrėžtis Dalelių (atomų, molekulių, jonų) skaičius viename medžiagos molyje, lygus (6,02204 ± 0,000031) 10²³ mol⁻¹. santrumpa(os) Santrumpą žr. pride. priedas(ai) Grafinis formatas atitikmenys:… … Chemijos terminų aiskinamasis žodynas

Avogadroovo číslo- Avogadro konstanta statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. Avogadrova konstanta; Avogadroovo číslo vok. Avogadro Konstante, f; Avogadrosche Konstante, fr rus. Avogadrova konstanta, f; Avogadroovo číslo, n pranc. Constante d'Avogadro, f; nombre… … Fizikos terminų žodynas

Avogadrova konstanta (Avogadro číslo)- počet částic (atomů, molekul, iontů) v 1 molu látky (mol je množství látky, které obsahuje tolik částic, kolik je atomů v přesně 12 gramech izotopu uhlíku 12), značí se symbol N = 6,023 1023. Jeden z ... ... Počátky moderní přírodní vědy

- (Avogadro číslo), počet strukturních prvků (atomů, molekul, iontů nebo jiných h c) v jednotkách. počítat va do va (v jednom molu). Pojmenováno po A. Avogadrovi, označeno NA. A.p. jedna ze základních fyzikálních konstant, nezbytná pro určení mnoha ... Fyzická encyklopedie

- (Avogadroovo číslo; značeno NA), počet molekul nebo atomů v 1 molu látky, NA \u003d 6,022045 (31) x 1023 mol 1; název jménem A. Avogadro... Přírodní věda. encyklopedický slovník

- (Avogadro číslo), počet částic (atomů, molekul, iontů) v 1 molu ve VA. Označuje se NA a rovná se (6,022045 ... Chemická encyklopedie

Na \u003d (6,022045 ± 0,000031) * 10 23 počet molekul v molu jakékoli látky nebo počet atomů v molu jednoduché látky. Jedna ze základních konstant, pomocí které můžete určit takové veličiny, jako je například hmotnost atomu nebo molekuly (viz ... ... Collierova encyklopedie

Ze školního kurzu chemie víme, že když vezmeme jeden mol jakékoli látky, pak bude obsahovat 6,02214084(18).10^23 atomů nebo jiných strukturních prvků (molekuly, ionty atd.). Pro usnadnění se číslo Avogadro obvykle píše v tomto tvaru: 6.02. 10^23.

Proč se však Avogadrova konstanta (v ukrajinštině „stal Avogadro“) rovná této hodnotě? Na tuto otázku není v učebnicích žádná odpověď a historici chemie nabízejí různé verze. Zdá se, že Avogadrovo číslo má nějaký tajný význam. Koneckonců existují magická čísla, kde některá zahrnují číslo „pí“, Fibonacciho čísla, sedm (osmička na východě), 13 atd. Budeme bojovat s informačním vakuem. O tom, kdo je Amedeo Avogadro a proč byl kromě jím formulovaného zákona, nalezené konstanty, po tomto vědci pojmenován i kráter na Měsíci, se bavit nebudeme. O tom už bylo napsáno mnoho článků.

Abych byl přesný, nepočítal jsem molekuly ani atomy v žádném konkrétním objemu. První člověk, který se pokusí zjistit, kolik molekul plynu

obsažený v daném objemu při stejném tlaku a teplotě, byl Josef Loschmidt, a to bylo v roce 1865. Loschmidt na základě svých experimentů dospěl k závěru, že v jednom krychlovém centimetru jakéhokoli plynu je za normálních podmínek 2,68675. 10^19 molekul.

Následně byly vynalezeny nezávislé metody, jak Avogadro číslo určit, a protože se výsledky z větší části shodovaly, hovořilo to opět ve prospěch skutečné existence molekul. V současné době počet metod přesáhl 60, ale v posledních letech se vědci snaží dále zlepšit přesnost odhadu, aby zavedli novou definici pojmu „kilogram“. Kilogram je zatím srovnáván se zvoleným materiálovým standardem bez zásadního vymezení.

Nicméně zpět k naší otázce - proč je tato konstanta rovna 6,022 . 10^23?

V chemii bylo v roce 1973 pro usnadnění výpočtů navrženo zavést takový koncept jako „množství látky“. Základní jednotkou pro měření množství byl krtek. Podle doporučení IUPAC je množství jakékoli látky úměrné počtu jejích specifických elementární částice. Koeficient úměrnosti nezávisí na typu látky a Avogadro číslo je jeho reciproční.

Pro ilustraci si uveďme příklad. Jak je známo z definice jednotky atomové hmotnosti, 1 hod. odpovídá jedné dvanáctině hmotnosti jednoho atomu uhlíku 12C a je 1,66053878,10^(-24) gramů. Pokud vynásobíte 1 hod. Avogadrovou konstantou získáte 1 000 g/mol. Nyní si vezměme nějaké, řekněme, beryllium. Hmotnost jednoho atomu berylia je podle tabulky 9,01 amu. Vypočítejme, čemu se rovná jeden mol atomů tohoto prvku:

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

Ukazuje se tedy, že číselně se shoduje s atomem.

Avogadrova konstanta byla speciálně zvolena tak, aby molární hmotnost odpovídala atomové nebo bezrozměrné hodnotě - relativní molekulové.

Doktor fyzikálních a matematických věd Evgeny Meilikhov

Úvod (zkrácený) ke knize: Meilikhov EZ Avogadro's number. Jak vidět atom. - Dolgoprudny: Nakladatelství "Intellect", 2017.

Italský vědec Amedeo Avogadro, současník A. S. Puškina, jako první pochopil, že počet atomů (molekul) v jednom gramatomu (molu) látky je u všech látek stejný. Znalost tohoto čísla otevírá cestu k odhadu velikosti atomů (molekul). Během života Avogadra se jeho hypotéze nedostalo náležitého uznání.

Historie čísla Avogadro je předmětem nové knihy Evgeny Zalmanoviče Meilikhova, profesora Moskevského fyzikálního a technologického institutu, hlavního výzkumníka Kurčatovova institutu.

Pokud by v důsledku nějaké světové katastrofy byly všechny nashromážděné vědomosti zničeny a budoucím generacím živých bytostí by přišla jen jedna fráze, jaký výrok, složený z co nejmenšího počtu slov, by přinesl nejvíce informací? Domnívám se, že toto je atomová hypotéza: ... všechna tělesa jsou složena z atomů – malých těles, která jsou v neustálém pohybu.
R. Feynman. Feynman přednáší o fyzice

Avogadro číslo (Avogadrova konstanta, Avogadrova konstanta) je definováno jako počet atomů ve 12 gramech čistého izotopu uhlíku-12 (12 C). Obvykle se označuje jako N A, méně často L. Hodnota Avogadroova čísla doporučená CODATA (pracovní skupina pro fundamentální konstanty) v roce 2015: N A = 6,02214082(11) 10 23 mol -1. Mol je množství látky, které obsahuje N A strukturních prvků (tedy tolik prvků, kolik je atomů ve 12 g 12 C), přičemž strukturními prvky jsou obvykle atomy, molekuly, ionty atd. Podle definice atom. hmotnostní jednotka (a.e. .m) se rovná 1/12 hmotnosti atomu 12 C. Jeden mol (grammol) látky má hmotnost (molární hmotnost), která se při vyjádření v gramech číselně rovná na molekulovou hmotnost této látky (vyjádřenou v atomových hmotnostních jednotkách). Například: 1 mol sodíku má hmotnost 22,9898 g a obsahuje (přibližně) 6,02 10 23 atomů, 1 mol fluoridu vápenatého CaF 2 má hmotnost (40,08 + 2 18,998) = 78,076 g a obsahuje (přibližně) 6 02 10 23 molekul.

Na konci roku 2011 byl na XXIV. Generální konferenci o vahách a mírách jednomyslně přijat návrh definovat krtek v budoucí verzi Mezinárodní soustavy jednotek (SI) tak, aby se zabránilo jeho vazbě na definici gramu. Předpokládá se, že v roce 2018 bude krtek určen přímo číslem Avogadro, kterému bude přidělena přesná (bez chyby) hodnota na základě výsledků měření doporučených CODATA. Dosud není z definice akceptováno Avogadro číslo, ale naměřená hodnota.

Tato konstanta je pojmenována po slavném italském chemikovi Amedeu Avogadrovi (1776-1856), který, ač sám toto číslo neznal, pochopil, že jde o velmi velkou hodnotu. Na úsvitu vývoje atomové teorie předložil Avogadro hypotézu (1811), podle níž při stejné teplotě a tlaku obsahují stejné objemy ideálních plynů stejný počet molekul. Později se ukázalo, že tato hypotéza je důsledkem kinetické teorie plynů a nyní je známá jako Avogadrův zákon. Může být formulován následovně: jeden mol jakéhokoli plynu při stejné teplotě a tlaku zaujímá stejný objem, za normálních podmínek rovný 22,41383 litrů (normální podmínky odpovídají tlaku P 0 \u003d 1 atm a teplotě T0 \u003d 273,15 K ). Toto množství je známé jako molární objem plynu.

První pokus o zjištění počtu molekul zabírajících daný objem provedl v roce 1865 J. Loschmidt. Z jeho výpočtů vyplynulo, že počet molekul na jednotku objemu vzduchu je 1,8·10 18 cm -3, což, jak se ukázalo, je asi 15krát méně než správná hodnota. O osm let později uvedl J. Maxwell mnohem bližší odhad pravdě - 1,9·10 19 cm -3. Konečně v roce 1908 Perrin uvádí již přijatelný odhad: N A = 6,8·10 23 mol -1 Avogadroovo číslo, zjištěné z experimentů na Brownově pohybu.

Od té doby bylo vyvinuto velké množství nezávislých metod k určení Avogadrova čísla a přesnější měření ukázala, že ve skutečnosti je v 1 cm 3 ideálního plynu za normálních podmínek (přibližně) 2,69 x 10 19 molekul. Tato veličina se nazývá Loschmidtovo číslo (neboli konstanta). Odpovídá Avogadrově číslu N A ≈ 6,02·10 23 .

Avogadrovo číslo je jednou z důležitých fyzikálních konstant, která hrála důležitou roli ve vývoji přírodních věd. Je to ale „univerzální (základní) fyzikální konstanta“? Samotný pojem není definován a je obvykle spojen s více či méně podrobnou tabulkou číselných hodnot fyzikálních konstant, které by měly být použity při řešení problémů. V tomto ohledu jsou za základní fyzikální konstanty často považovány ty veličiny, které nejsou přírodními konstantami a za svou existenci vděčí pouze zvolené soustavě jednotek (např. magnetické a elektrické vakuové konstanty) nebo podmíněným mezinárodním dohodám (např. například jednotka atomové hmotnosti) . Mezi fundamentální konstanty často patří mnoho odvozených veličin (například plynová konstanta R, klasický poloměr elektronů r e \u003d e 2 /m e c 2 atd.) nebo jako v případě molárního objemu hodnota některého fyzikálního parametru souvisejícího na specifické experimentální podmínky, které jsou zvoleny pouze z důvodu pohodlí (tlak 1 atm a teplota 273,15 K). Z tohoto pohledu je Avogadro číslo skutečně zásadní konstantou.

Tato kniha je věnována historii a vývoji metod pro stanovení tohoto čísla. Epos trval asi 200 let a v různých fázích byl spojen s řadou fyzikálních modelů a teorií, z nichž mnohé dodnes neztratily svůj význam. V tomto příběhu měly prsty nejbystřejší vědecké mozky – stačí jmenovat A. Avogadra, J. Loschmidta, J. Maxwella, J. Perrina, A. Einsteina, M. Smoluchovského. Seznam by mohl pokračovat dál a dál...

Autor musí přiznat, že myšlenka knihy nepatří jemu, ale Lvu Fedoroviči Soloveichikovi, jeho spolužákovi z Moskevského institutu fyziky a technologie, muži, který se zabýval aplikovaným výzkumem a vývojem, ale zůstal romantikem. fyzik v srdci. Je to člověk, který (jeden z mála) pokračuje „i v naší kruté době“ v boji za skutečnou „vyšší“ tělesnou výchovu v Rusku, oceňuje a podle svých nejlepších schopností podporuje krásu a eleganci fyzických myšlenek. . Je známo, že ze zápletky, kterou A. S. Puškin předložil N. V. Gogolovi, vzešla brilantní komedie. Tady to samozřejmě neplatí, ale třeba se tato kniha bude také někomu hodit.

Tato kniha není „populárně-vědeckým“ dílem, i když to tak na první pohled může vypadat. Pojednává o vážné fyzice na určitém historickém pozadí, používá seriózní matematiku a diskutuje o poměrně složitých vědeckých modelech. Kniha se ve skutečnosti skládá ze dvou (ne vždy ostře ohraničených) částí, určených pro různé čtenáře – někomu může připadat zajímavá z historického a chemického hlediska, jiný se může zaměřit na fyzikální a matematickou stránku problému. Autor měl na mysli zvídavého čtenáře - studenta Fyzikální či Chemické fakulty, matematiky nezcizeného a zapáleného do dějin vědy. Jsou takoví studenti? Autor na tuto otázku přesnou odpověď nezná, ale na základě vlastní zkušenosti doufá, že ano.

Informace o knihách nakladatelství "Intellect" - na webu www.id-intellect.ru

Avogadrův zákon v chemii pomáhá vypočítat objem, molární hmotnost, množství plynné látky a relativní hustotu plynu. Hypotézu formuloval Amedeo Avogadro v roce 1811 a později byla experimentálně potvrzena.

Zákon

Joseph Gay-Lussac byl první, kdo studoval reakce plynů v roce 1808. Formuloval zákony tepelné roztažnosti plynů a objemových poměrů, přičemž z chlorovodíku a amoniaku (dva plyny) získal krystalickou látku - NH 4 Cl (chlorid amonný). Ukázalo se, že k jeho vytvoření je nutné odebírat stejné objemy plynů. Navíc, pokud byl jeden plyn v přebytku, pak „extra“ část po reakci zůstala nevyužita.

O něco později Avogadro formuloval závěr, že při stejných teplotách a tlacích obsahují stejné objemy plynů stejný počet molekul. V tomto případě mohou mít plyny různé chemické a fyzikální vlastnosti.

Rýže. 1. Amedeo Avogadro.

Z Avogadrova zákona vyplývají dva důsledky:

První - jeden mol plynu za stejných podmínek zabírá stejný objem;
druhý - poměr hmotností stejných objemů dvou plynů je roven poměru jejich molárních hmotností a vyjadřuje relativní hustotu jednoho plynu ve vztahu k druhému (označuje se D).

Normální podmínky (n.s.) jsou tlak P=101,3 kPa (1 atm) a teplota T=273 K (0°C). Za normálních podmínek je molární objem plynů (objem látky k jejímu množství) 22,4 l / mol, tzn. 1 mol plynu (6,02 ∙ 10 23 molekul - konstantní číslo Avogadro) zabírá objem 22,4 litrů. Molární objem (V m) je konstantní hodnota.

Rýže. 2. Normální podmínky.

Řešení problému

Hlavním významem zákona je schopnost provádět chemické výpočty. Na základě prvního důsledku zákona můžete vypočítat množství plynných látek přes objem pomocí vzorce:

kde V je objem plynu, Vm je molární objem, n je množství látky, měřeno v molech.

Druhý závěr z Avogadrova zákona se týká výpočtu relativní hustoty plynu (ρ). Hustota se vypočítá pomocí vzorce m/V. Pokud vezmeme v úvahu 1 mol plynu, vzorec hustoty bude vypadat takto:

ρ (plyn) = M/V m,

kde M je hmotnost jednoho molu, tj. molární hmotnost.

Pro výpočet hustoty jednoho plynu z jiného plynu je nutné znát hustotu plynů. Obecný vzorec pro relativní hustotu plynu je následující:

D(y)x = ρ(x) / ρ(y),

kde ρ(x) je hustota jednoho plynu, ρ(y) je hustota druhého plynu.

Pokud do vzorce dosadíme výpočet hustoty, dostaneme:

D (y) x \u003d M (x) / Vm / M (y) / Vm.

Molární objem se zmenšuje a zůstává

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

Zvážit praktické využití zákona na příkladu dvou úkolů:

Kolik litrů CO 2 se získá z 6 molů MgCO 3 při reakci rozkladu MgCO 3 na oxid hořečnatý a oxid uhličitý (n.o.)?
Jaká je relativní hustota CO 2 pro vodík a pro vzduch?

Nejprve vyřešme první problém.

n(MgC03) = 6 mol

MgCO3 \u003d MgO + CO2

Množství uhličitanu hořečnatého a oxidu uhličitého je stejné (každá jedna molekula), proto n (CO 2) \u003d n (MgCO 3) \u003d 6 mol. Ze vzorce n \u003d V / V m můžete vypočítat objem:

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

Odpověď: V (CO 2) \u003d 134,4 l

Řešení druhého problému:

D (H2) CO2 \u003d M (C02) / M (H2) \u003d 44 g / mol / 2 g / mol \u003d 22;
D (vzduch) CO 2 \u003d M (CO 2) / M (vzduch) \u003d 44 g / mol / 29 g / mol \u003d 1,52.

Rýže. 3. Vzorce pro objemové množství látky a relativní hustotu.

Vzorce Avogadrova zákona fungují pouze pro plynné látky. Nevztahují se na kapaliny a pevné látky.

co jsme se naučili?

Podle formulace zákona obsahují stejné objemy plynů za stejných podmínek stejný počet molekul. Za normálních podmínek (n.c.) je hodnota molárního objemu konstantní, tzn. V m pro plyny je vždy 22,4 l/mol. Ze zákona vyplývá, že stejný počet molekul různých plynů za normálních podmínek zaujímá stejný objem, stejně jako relativní hustota jednoho plynu v druhém - poměr molární hmotnosti jednoho plynu k molární hmotnosti druhého plynu. plyn.