El científico italiano Amedeo Avogadro, contemporáneo de A. S. Pushkin, fue el primero en comprender que el número de átomos (moléculas) en un átomo gramo (mol) de una sustancia es el mismo para todas las sustancias. El conocimiento de este número abre el camino para estimar el tamaño de los átomos (moléculas). Durante la vida de Avogadro, su hipótesis no recibió el debido reconocimiento. La historia del número de Avogadro es el tema de un nuevo libro de Evgeny Zalmanovich Meilikhov, profesor del Instituto de Física y Tecnología de Moscú, investigador principal del Centro Nacional de Investigación "Instituto Kurchatov".

Si, como resultado de alguna catástrofe mundial, todo el conocimiento acumulado fuera destruido y solo una frase llegara a las futuras generaciones de seres vivos, entonces, ¿qué declaración, compuesta por el menor número de palabras, traería? la mayoría de la información? Creo que esta es la hipótesis atómica:<...>todos los cuerpos están formados por átomos, pequeños cuerpos que están en constante movimiento.

R. Feynman, "Las conferencias de Feynman sobre física"

El número de Avogadro (constante de Avogadro, constante de Avogadro) se define como el número de átomos en 12 gramos del isótopo puro carbono-12 (12 C). Generalmente se denota como norte A, con menos frecuencia L. El valor del número de Avogadro recomendado por CODATA (grupo de trabajo sobre constantes fundamentales) en 2015: norte A = 6,02214082(11) 1023 mol −1 . Un mol es la cantidad de una sustancia que contiene norte A elementos estructurales (es decir, tantos elementos como átomos hay en 12 g 12 C), y los elementos estructurales suelen ser átomos, moléculas, iones, etc. Por definición, la unidad de masa atómica (uma) es 1/12 de la masa de un átomo de 12 C. Un mol (gramo-mol) de una sustancia tiene una masa (masa molar) que, cuando se expresa en gramos, es numéricamente igual al peso molecular de esa sustancia (expresado en unidades de masa atómica). Por ejemplo: 1 mol de sodio tiene una masa de 22.9898 g y contiene (aproximadamente) 6.02 10 23 átomos, 1 mol de fluoruro de calcio CaF 2 tiene una masa de (40.08 + 2 18.998) = 78.076 g y contiene (aproximadamente) 6 . 02 10 23 moléculas.

A finales de 2011, en la XXIV Conferencia General de Pesos y Medidas, se adoptó por unanimidad una propuesta para definir el mol en una futura versión del Sistema Internacional de Unidades (SI) de forma que se evite su vinculación con la definición del gramo. Se supone que en 2018 el mol estará determinado directamente por el número de Avogadro, al que se le asignará un valor exacto (sin error) en base a los resultados de medición recomendados por CODATA. Hasta ahora, el número de Avogadro no se acepta por definición, sino como un valor medido.

Esta constante lleva el nombre del famoso químico italiano Amedeo Avogadro (1776–1856), quien, aunque él mismo no conocía este número, entendió que era un valor muy grande. En los albores del desarrollo de la teoría atómica, Avogadro planteó una hipótesis (1811), según la cual, a la misma temperatura y presión, volúmenes iguales de gases ideales contienen el mismo numero moléculas. Más tarde se demostró que esta hipótesis es una consecuencia Teoría cinética gases, y ahora se conoce como la ley de Avogadro. Se puede formular de la siguiente manera: un mol de cualquier gas a la misma temperatura y presión ocupa el mismo volumen, en condiciones normales es igual a 22,41383 litros (las condiciones normales corresponden a la presión PAGS 0 = 1 atm y temperatura T 0 = 273,15K). Esta cantidad se conoce como el volumen molar del gas.

El primer intento de encontrar el número de moléculas que ocupan un volumen determinado lo hizo en 1865 J. Loschmidt. De sus cálculos se deduce que el número de moléculas por unidad de volumen de aire es 1,8 x 10 18 cm −3 , que resultó ser unas 15 veces menor que el valor correcto. Ocho años más tarde, J. Maxwell dio una estimación mucho más cercana a la verdad: 1,9 · 10 19 cm −3 . Finalmente, en 1908, Perrin da una evaluación ya aceptable: norte A = 6.8 10 23 mol −1 Número de Avogadro, encontrado a partir de experimentos sobre el movimiento browniano.

Desde entonces, se han desarrollado una gran cantidad de métodos independientes para determinar el número de Avogadro, y mediciones más precisas han demostrado que en realidad hay (aproximadamente) 2,69 x 10 19 moléculas en 1 cm 3 de un gas ideal en condiciones normales. Esta cantidad se llama número de Loschmidt (o constante). Corresponde al número de Avogadro norte UN ≈ 6,02 10 23 .

El número de Avogadro es una de las constantes físicas importantes que jugó un papel importante en el desarrollo de las ciencias naturales. Pero, ¿es una "constante física universal (fundamental)"? El término en sí no está definido y suele estar asociado a una tabla más o menos detallada de los valores numéricos de las constantes físicas que deben utilizarse en la resolución de problemas. En este sentido, las constantes físicas fundamentales a menudo se consideran aquellas cantidades que no son constantes de la naturaleza y deben su existencia solo al sistema de unidades elegido (como, por ejemplo, las constantes de vacío magnéticas y eléctricas) o acuerdos internacionales condicionales (tales, por ejemplo, la unidad de masa atómica). Las constantes fundamentales a menudo incluyen muchas cantidades derivadas (por ejemplo, la constante de los gases R, el radio del electrón clásico r e= mi 2 / metro mi C 2, etc.) o, como en el caso del volumen molar, el valor de algún parámetro físico relacionado con condiciones experimentales específicas, que se eligen solo por conveniencia (presión 1 atm y temperatura 273,15 K). Desde este punto de vista, el número de Avogadro es una constante verdaderamente fundamental.

Este libro está dedicado a la historia y desarrollo de métodos para determinar este número. La epopeya duró unos 200 años y en diferentes etapas se asoció con una variedad de teorías y modelos físicos, muchos de los cuales no han perdido su relevancia hasta el día de hoy. Las mentes científicas más brillantes tuvieron algo que ver con esta historia; baste nombrar a A. Avogadro, J. Loschmidt, J. Maxwell, J. Perrin, A. Einstein, M. Smoluchovsky. La lista podría seguir y seguir...

El autor debe admitir que la idea del libro no le pertenece a él, sino a Lev Fedorovich Soloveichik, su compañero de clase en el Instituto de Física y Tecnología de Moscú, un hombre que se dedicaba a la investigación y el desarrollo aplicados, pero que seguía siendo un romántico. físico de corazón. Esta es una persona que (uno de los pocos) continúa "incluso en nuestra era cruel" luchando por una verdadera educación física "superior" en Rusia, aprecia y, en la medida de sus posibilidades, promueve la belleza y la elegancia de las ideas físicas. . Se sabe que de la trama, que A. S. Pushkin presentó a N. V. Gogol, surgió una brillante comedia. Por supuesto, este no es el caso aquí, pero quizás este libro también sea útil para alguien.

Este libro no es una obra de "divulgación científica", aunque a primera vista pueda parecerlo. Discute la física seria contra algunos antecedentes históricos, usa matemáticas serias y discute modelos científicos bastante complejos. De hecho, el libro consta de dos partes (no siempre claramente delimitadas), diseñadas para diferentes lectores: algunos pueden encontrarlo interesante desde un punto de vista histórico y químico, mientras que otros pueden centrarse en el lado físico y matemático del problema. El autor tenía en mente un lector inquisitivo, un estudiante de la Facultad de Física o Química, no ajeno a las matemáticas y apasionado por la historia de la ciencia. ¿Existen tales estudiantes? El autor no sabe la respuesta exacta a esta pregunta, pero, basado en su propia experiencia, espera que la haya.

Introducción (abreviada) al libro: el número de Meilikhov EZ Avogadro. Cómo ver un átomo. - Dolgoprudny: Editorial "Intelecto", 2017.

Cantidad de sustanciaν es igual a la relación entre el número de moléculas en un cuerpo dado y el número de átomos en 0,012 kg de carbono, es decir, el número de moléculas en 1 mol de una sustancia.
ν = N / N A
donde N es el número de moléculas en un cuerpo dado, NA es el número de moléculas en 1 mol de la sustancia que forma el cuerpo. N A es la constante de Avogadro. La cantidad de una sustancia se mide en moles. constante de Avogadro es el número de moléculas o átomos en 1 mol de una sustancia. Esta constante obtuvo su nombre en honor al químico y físico italiano amedeo avogadro(1776 - 1856). 1 mol de cualquier sustancia contiene el mismo número de partículas.
N A \u003d 6.02 * 10 23 mol -1 Masa molar es la masa de una sustancia tomada en la cantidad de un mol:
μ = metro 0 * norte
donde m 0 es la masa de la molécula. La masa molar se expresa en kilogramos por mol (kg/mol = kg*mol -1). La masa molar está relacionada con la masa molecular relativa por la relación:

μ \u003d 10 -3 * M r [kg * mol -1]
La masa de cualquier cantidad de sustancia m es igual al producto de la masa de una molécula m 0 por el número de moléculas:
metro = metro 0 norte = metro 0 norte UN ν = μν
La cantidad de una sustancia es igual a la relación entre la masa de la sustancia y su masa molar:

ν = m / μ
La masa de una molécula de una sustancia se puede encontrar si se conocen la masa molar y la constante de Avogadro:
metro 0 = metro / norte = metro / νN UN = μ / norte UN

Gas ideal- un modelo matemático de un gas, en el que se supone que la energía potencial de la interacción de las moléculas puede despreciarse en comparación con su energía cinética. No hay fuerzas de atracción o repulsión entre las moléculas, las colisiones de las partículas entre sí y con las paredes del recipiente son absolutamente elásticas, y el tiempo de interacción entre las moléculas es insignificantemente pequeño en comparación con el tiempo medio entre colisiones. En el modelo ampliado de un gas ideal, las partículas que lo componen también tienen forma de esferas elásticas o elipsoides, lo que permite tener en cuenta la energía no solo del movimiento de traslación, sino también del movimiento rotacional-oscilatorio. , así como no solo colisiones centrales, sino también colisiones no centrales de partículas, etc.)