Italialainen tiedemies Amedeo Avogadro, A. S. Pushkinin aikalainen, ymmärsi ensimmäisenä, että atomien (molekyylien) lukumäärä yhdessä gramma-atomissa (moolissa) on sama kaikille aineille. Tämän luvun tunteminen avaa tien atomien (molekyylien) koon arvioimiseen. Avogadron elämän aikana hänen hypoteesinsa ei saanut asianmukaista tunnustusta. Avogadro-luvun historiaa käsittelee Moskovan fysiikan ja tekniikan instituutin professori Jevgeni Zalmanovich Meilikhov, kansallisen tutkimuskeskuksen "Kurchatov Institute" päätutkija, uusi kirja.

Jos jonkin maailmankatastrofin seurauksena kaikki kertynyt tieto tuhoutuisi ja vain yksi lause tulisi tuleville elävien olentojen sukupolville, mikä väite, joka koostuu vähimmistä sanoista, toisi eniten tietoa? Uskon, että tämä on atomihypoteesi:<...>kaikki kappaleet koostuvat atomeista - pienistä kappaleista, jotka ovat jatkuvassa liikkeessä.

R. Feynman, "The Feynman Lectures on Physics"

Avogadron luku (Avogadron vakio, Avogadron vakio) määritellään atomien lukumääränä 12 grammassa puhdasta isotooppia hiili-12 (12 C). Se on yleensä merkitty nimellä N A, harvemmin L. CODATAn (perusvakioiden työryhmä) suosittelema Avogadro-luvun arvo vuonna 2015: N A = 6,02214082(11) 1023 mol -1. Mooli on aineen määrä, joka sisältää N Rakenne-elementit (eli yhtä monta elementtiä kuin on atomeja 12 g 12 C:ssa) ja rakenne-elementit ovat yleensä atomeja, molekyylejä, ioneja jne. Määritelmän mukaan atomimassayksikkö (amu) on 1/12 12 C-atomin massa Yhdellä moolilla (grammol) ainetta on massa (moolimassa), joka grammoina ilmaistuna on numeerisesti yhtä suuri kuin kyseisen aineen molekyylipaino (ilmaistuna atomimassayksiköinä). Esimerkiksi: 1 mooli natriumia on massa 22,9898 g ja sisältää (noin) 6,02 10 23 atomia, 1 mooli kalsiumfluoridia CaF 2 on massa (40,08 + 2 18,998) = 78,076 g ja sisältää (noin) 02 10 23 molekyyliä.

Vuoden 2011 lopulla XXIV yleisessä paino- ja mittakonferenssissa hyväksyttiin yksimielisesti ehdotus, että mooli määritellään kansainvälisen yksikköjärjestelmän (SI) tulevassa versiossa siten, että vältetään sen liittäminen määritelmään. grammasta. Oletetaan, että vuonna 2018 myyrä määritetään suoraan Avogadro-numerolla, jolle annetaan tarkka (virheetön) arvo CODATAn suosittelemien mittaustulosten perusteella. Toistaiseksi Avogadro-lukua ei hyväksytä määritelmän mukaan, vaan mitattu arvo.

Tämä vakio on nimetty kuuluisan italialaisen kemistin Amedeo Avogadron (1776–1856) mukaan, joka, vaikka hän ei itse tiennyt tätä lukua, ymmärsi sen olevan erittäin suuri arvo. Atomiteorian kehityksen kynnyksellä Avogadro esitti hypoteesin (1811), jonka mukaan samassa lämpötilassa ja paineessa yhtä suuret määrät ihanteellisia kaasuja sisältävät sama numero molekyylejä. Myöhemmin osoitettiin, että tämä hypoteesi on seuraus kineettinen teoria kaasuja, ja se tunnetaan nykyään Avogadron lakina. Se voidaan muotoilla seuraavasti: yksi mooli mitä tahansa kaasua samassa lämpötilassa ja paineessa vie saman tilavuuden normaaleissa olosuhteissa 22,41383 litraa (normaaliolosuhteet vastaavat painetta P 0 = 1 atm ja lämpötila T 0 = 273,15 K). Tämä määrä tunnetaan kaasun moolitilavuutena.

Ensimmäisen yrityksen löytää tietyn tilavuuden sisältävien molekyylien lukumäärä teki vuonna 1865 J. Loschmidt. Hänen laskelmistaan ​​seurasi, että molekyylien määrä ilmatilavuusyksikköä kohti on 1,8 10 18 cm −3, mikä, kuten kävi ilmi, on noin 15 kertaa pienempi kuin oikea arvo. Kahdeksan vuotta myöhemmin J. Maxwell antoi arvion, joka oli paljon lähempänä totuutta - 1,9 · 10 19 cm −3 . Lopuksi vuonna 1908 Perrin antaa jo hyväksyttävän arvion: N A = 6,8 10 23 mol −1 Avogadron luku, löydetty Brownin liikettä koskevista kokeista.

Sen jälkeen on kehitetty suuri joukko riippumattomia menetelmiä Avogadro-luvun määrittämiseksi, ja tarkemmat mittaukset ovat osoittaneet, että todellisuudessa on (noin) 2,69 x 10 19 molekyyliä 1 cm 3:ssä ihanteellista kaasua normaaleissa olosuhteissa. Tätä määrää kutsutaan Loschmidt-luvuksi (tai vakioksi). Se vastaa Avogadron numeroa N A ≈ 6,02 10 23 .

Avogadron luku on yksi tärkeimmistä fysikaalisista vakioista, jolla oli tärkeä rooli luonnontieteiden kehityksessä. Mutta onko se "yleinen (perus)fyysinen vakio"? Itse termiä ei ole määritelty, ja se liittyy yleensä enemmän tai vähemmän yksityiskohtaiseen taulukkoon fyysisten vakioiden numeerisista arvoista, joita tulisi käyttää ongelmien ratkaisemisessa. Tältä osin fysikaalisina perusvakioksina pidetään usein niitä suureita, jotka eivät ole luonnonvakioita ja ovat olemassa vain valitun yksikköjärjestelmän (kuten magneettisen ja sähköisen alipainevakion) tai ehdollisten kansainvälisten sopimusten (esim. esimerkiksi atomimassayksikkö). Perusvakioihin kuuluu usein monia johdettuja määriä (esimerkiksi kaasuvakio R, klassinen elektronin säde r e= e 2 / m e c 2 jne.) tai, kuten moolitilavuuden tapauksessa, jonkin fysikaalisen parametrin arvo, joka liittyy tiettyihin koeolosuhteisiin, jotka valitaan vain mukavuussyistä (paine 1 atm ja lämpötila 273,15 K). Tästä näkökulmasta Avogadro-luku on todella perusvakio.

Tämä kirja on omistettu tämän luvun määrittämismenetelmien historialle ja kehitykselle. Eepos kesti noin 200 vuotta ja siihen liittyi eri vaiheissa erilaisia ​​fyysisiä malleja ja teorioita, joista monet eivät ole menettäneet merkitystään tähän päivään asti. Kirkkaimmat tieteelliset mielet olivat mukana tässä tarinassa - riittää mainita A. Avogadro, J. Loschmidt, J. Maxwell, J. Perrin, A. Einstein, M. Smoluchovsky. Listaa voisi jatkaa loputtomiin...

Kirjoittajan on myönnettävä, että kirjan idea ei kuulu hänelle, vaan Lev Fedorovich Soloveichikille, hänen luokkatoverilleen Moskovan fysiikan ja tekniikan instituutissa, miehelle, joka harjoitti soveltavaa tutkimusta ja kehitystä, mutta pysyi romanttisena. sydämeltään fyysikko. Tämä on henkilö, joka (yksi harvoista) jatkaa "julmallakin aikakaudellamme" taistellakseen todellisen "korkeamman" liikuntakasvatuksen puolesta Venäjällä, arvostaa ja parhaan kykynsä mukaan edistää fyysisten ideoiden kauneutta ja eleganssia. . Tiedetään, että juonen, jonka A. S. Pushkin esitti N. V. Gogolille, syntyi loistava komedia. Näin ei tietenkään ole tässä, mutta ehkä tästä kirjasta on myös hyötyä jollekin.

Tämä kirja ei ole "populaaritieteellinen" teos, vaikka siltä saattaa ensi silmäyksellä vaikuttaa. Se käsittelee vakavaa fysiikkaa jonkin verran historiallista taustaa vasten, käyttää vakavaa matematiikkaa ja käsittelee melko monimutkaisia ​​tieteellisiä malleja. Itse asiassa kirja koostuu kahdesta (ei aina jyrkästi rajatusta) osasta, jotka on suunniteltu eri lukijoille - jotkut saattavat pitää sen mielenkiintoisena historiallisesta ja kemiallisesta näkökulmasta, kun taas toiset voivat keskittyä ongelman fyysiseen ja matemaattiseen puoleen. Kirjoittajalla oli mielessään utelias lukija - fysiikan tai kemian tiedekunnan opiskelija, joka ei ole vieras matematiikalle ja intohimoinen tieteen historiasta. Onko sellaisia ​​opiskelijoita? Kirjoittaja ei tiedä tarkkaa vastausta tähän kysymykseen, mutta hän toivoo oman kokemuksensa perusteella sen olevan olemassa.

Johdatus (lyhennettynä) kirjaan: Meilikhov EZ Avogadron numero. Kuinka nähdä atomi. - Dolgoprudny: Kustantaja "Intellect", 2017.

Aineen määräν on yhtä suuri kuin tietyn kappaleen molekyylien lukumäärän suhde atomien lukumäärään 0,012 kg:ssa hiiltä, ​​eli molekyylien lukumäärä 1 moolissa ainetta.
ν = N / N A
missä N on molekyylien lukumäärä tietyssä kehossa, N A on molekyylien määrä 1 moolissa ainetta, josta keho muodostuu. N A on Avogadron vakio. Aineen määrä mitataan mooliina. Avogadro vakio on molekyylien tai atomien lukumäärä 1 moolissa ainetta. Tämä vakio sai nimensä italialaisen kemistin ja fyysikon kunniaksi Amedeo Avogadro(1776 - 1856). 1 mooli mitä tahansa ainetta sisältää saman määrän hiukkasia.
N A = 6,02 * 10 23 mol -1 Moolimassa on aineen massa yhden moolin määränä:
μ = m 0 * N A
missä m 0 on molekyylin massa. Moolimassa ilmaistaan ​​kilogrammoina per mooli (kg/mol = kg*mol -1). Moolimassa suhteutetaan suhteelliseen molekyylimassaan suhteella:

μ \u003d 10 -3 * M r [kg * mol -1]
Minkä tahansa määrän ainetta m massa on yhtä suuri kuin yhden molekyylin m 0 massan tulo molekyylien lukumäärällä:
m = m 0 N = m 0 N A ν = μν
Aineen määrä on yhtä suuri kuin aineen massan suhde sen moolimassaan:

ν = m/μ
Aineen yhden molekyylin massa voidaan löytää, jos moolimassa ja Avogadron vakio tunnetaan:
m 0 = m / N = m / νN A = μ / N A

Ihanteellinen kaasu- kaasun matemaattinen malli, jossa oletetaan, että molekyylien vuorovaikutuksen potentiaalienergia voidaan jättää huomiotta verrattuna niiden kineettinen energia. Molekyylien välillä ei ole veto- tai hylkimisvoimia, hiukkasten törmäykset keskenään ja suonen seinämien kanssa ovat ehdottoman elastisia ja molekyylien välinen vuorovaikutusaika on mitättömän pieni verrattuna keskimääräiseen törmäysaikaan. Ideaalikaasun laajennetussa mallissa hiukkasilla, joista se koostuu, on myös muoto elastisten pallojen tai ellipsoidien muodossa, mikä mahdollistaa paitsi translaation, myös pyörimis-värähtelevän liikkeen energian huomioimisen , sekä ei vain keskitetyt, vaan myös ei-keskiset hiukkasten törmäykset jne.)