Lo scienziato italiano Amedeo Avogadro, contemporaneo di A. S. Pushkin, fu il primo a capire che il numero di atomi (molecole) in un grammo-atomo (mole) di una sostanza è lo stesso per tutte le sostanze. La conoscenza di questo numero apre la strada alla stima della dimensione degli atomi (molecole). Durante la vita di Avogadro, la sua ipotesi non ricevette il dovuto riconoscimento. La storia del numero di Avogadro è oggetto di un nuovo libro di Evgeny Zalmanovich Meilikhov, professore all'Istituto di fisica e tecnologia di Mosca, capo ricercatore presso il Centro nazionale di ricerca "Kurchatov Institute".

Se, a seguito di qualche catastrofe mondiale, tutta la conoscenza accumulata venisse distrutta e solo una frase giungesse alle future generazioni di esseri viventi, allora quale affermazione, composta dal minor numero di parole, porterebbe la maggior parte delle informazioni? Credo che questa sia l'ipotesi atomica:<...>tutti i corpi sono costituiti da atomi, piccoli corpi in costante movimento.

R. Feynman, "Le lezioni di Feynman sulla fisica"

Il numero di Avogadro (costante di Avogadro, costante di Avogadro) è definito come il numero di atomi in 12 grammi dell'isotopo puro carbonio-12 (12 C). Di solito è indicato come N R, meno spesso l. Il valore del numero di Avogadro consigliato da CODATA (gruppo di lavoro sulle costanti fondamentali) nel 2015: N A = 6,02214082(11) 1023 mol −1 . Una talpa è la quantità di una sostanza che contiene N A elementi strutturali (cioè tanti elementi quanti sono gli atomi in 12 g 12 C), e gli elementi strutturali sono solitamente atomi, molecole, ioni, ecc. Per definizione, l'unità di massa atomica (amu) è 1/12 della massa di un atomo di 12 C. Una mole (grammomole) di una sostanza ha una massa (massa molare) che, espressa in grammi, è numericamente uguale al peso molecolare di quella sostanza (espresso in unità di massa atomica). Ad esempio: 1 mole di sodio ha una massa di 22,9898 g e contiene (circa) 6,02 10 23 atomi, 1 mole di fluoruro di calcio CaF 2 ha una massa di (40,08 + 2 18,998) = 78,076 g e contiene (circa) 6 . 02 10 23 molecole.

Alla fine del 2011, in occasione della XXIV Conferenza Generale sui Pesi e le Misure, è stata adottata all'unanimità una proposta per definire la talpa in una futura versione del Sistema Internazionale di Unità (SI) in modo tale da evitare il suo collegamento con la definizione del grammo. Si presume che nel 2018 la talpa sarà determinata direttamente dal numero di Avogadro, al quale verrà assegnato un valore esatto (senza errori) in base ai risultati di misurazione consigliati da CODATA. Finora il numero di Avogadro non è accettato per definizione, ma un valore misurato.

Questa costante prende il nome dal famoso chimico italiano Amedeo Avogadro (1776–1856), il quale, sebbene lui stesso non conoscesse questo numero, capì che si trattava di un valore molto grande. Agli albori dello sviluppo della teoria atomica, Avogadro avanzò un'ipotesi (1811), secondo la quale, a parità di temperatura e pressione, volumi uguali di gas ideali contengono lo stesso numero molecole. Successivamente è stato dimostrato che questa ipotesi è una conseguenza teoria cinetica gas, ed è ora nota come legge di Avogadro. Può essere formulato come segue: una mole di qualsiasi gas alla stessa temperatura e pressione occupa lo stesso volume, in condizioni normali pari a 22,41383 litri (le condizioni normali corrispondono alla pressione P 0 = 1 atm e temperatura T 0 = 273,15 K). Questa quantità è nota come volume molare del gas.

Il primo tentativo di trovare il numero di molecole che occupano un dato volume fu fatto nel 1865 da J. Loschmidt. Dai suoi calcoli è seguito che il numero di molecole per unità di volume d'aria è 1,8 10 18 cm −3 , che, come si è scoperto, è circa 15 volte inferiore al valore corretto. Otto anni dopo, J. Maxwell ha fornito una stima molto più vicina alla verità: 1,9 · 10 19 cm −3 . Infine, nel 1908, Perrin fornisce una valutazione già accettabile: N A = 6,8 10 23 mol −1 Numero di Avogadro, trovato da esperimenti sul moto browniano.

Da allora, un gran numero di metodi indipendenti sono stati sviluppati per determinare il numero di Avogadro e misurazioni più accurate hanno mostrato che in realtà ci sono (circa) 2,69 x 10 19 molecole in 1 cm 3 di un gas ideale in condizioni normali. Questa quantità è chiamata numero (o costante) di Loschmidt. Corrisponde al numero di Avogadro N A ≈ 6,02 10 23 .

Il numero di Avogadro è una delle costanti fisiche importanti che hanno giocato un ruolo importante nello sviluppo delle scienze naturali. Ma è una "costante fisica universale (fondamentale)"? Il termine stesso non è definito ed è solitamente associato ad una tabella più o meno dettagliata dei valori numerici delle costanti fisiche che dovrebbero essere utilizzate nella risoluzione dei problemi. A questo proposito, le costanti fisiche fondamentali sono spesso considerate quelle quantità che non sono costanti di natura e devono la loro esistenza solo al sistema di unità prescelto (come, ad esempio, le costanti magnetiche ed elettriche del vuoto) o ad accordi internazionali condizionali (come, ad esempio, l'unità di massa atomica). Le costanti fondamentali spesso includono molte grandezze derivate (ad esempio, la costante del gas R, il classico raggio elettronico r e= e 2 / m e c 2 ecc.) o, come nel caso del volume molare, il valore di qualche parametro fisico relativo a specifiche condizioni sperimentali, che vengono scelte solo per ragioni di convenienza (pressione 1 atm e temperatura 273,15 K). Da questo punto di vista, il numero di Avogadro è una costante davvero fondamentale.

Questo libro è dedicato alla storia e allo sviluppo dei metodi per determinare questo numero. L'epopea è durata circa 200 anni e in diverse fasi è stata associata a una varietà di modelli fisici e teorie, molti dei quali non hanno perso la loro rilevanza fino ad oggi. Le menti scientifiche più brillanti hanno avuto una mano in questa storia: basti nominare A. Avogadro, J. Loschmidt, J. Maxwell, J. Perrin, A. Einstein, M. Smoluchovsky. L'elenco potrebbe continuare all'infinito...

L'autore deve ammettere che l'idea del libro non appartiene a lui, ma a Lev Fedorovich Soloveichik, suo compagno di classe all'Istituto di fisica e tecnologia di Mosca, un uomo impegnato nella ricerca applicata e nello sviluppo, ma è rimasto un romantico fisico nel cuore. Questa è una persona che (una delle poche) continua “anche nella nostra epoca crudele” a lottare per una vera educazione fisica “superiore” in Russia, apprezza e, al meglio delle sue capacità, promuove la bellezza e l'eleganza delle idee fisiche . È noto che dalla trama, che A. S. Pushkin ha presentato a N. V. Gogol, è nata una commedia brillante. Certo, qui non è il caso, ma forse questo libro sarà utile anche a qualcuno.

Questo libro non è un'opera di "scienza popolare", anche se a prima vista può sembrare così. Discute la fisica seria in un contesto storico, usa la matematica seria e discute modelli scientifici piuttosto complessi. In effetti, il libro si compone di due parti (non sempre nettamente delimitate), pensate per lettori diversi: alcuni potrebbero trovarlo interessante da un punto di vista storico e chimico, mentre altri potrebbero concentrarsi sul lato fisico e matematico del problema. L'autore aveva in mente un lettore curioso: uno studente della Facoltà di Fisica o Chimica, non estraneo alla matematica e appassionato di storia della scienza. Ci sono studenti del genere? L'autore non conosce la risposta esatta a questa domanda, ma, in base alla propria esperienza, spera che ci sia.

Introduzione (abbreviata) al libro: numero di Meilikhov EZ Avogadro. Come vedere un atomo - Dolgoprudny: Casa editrice "Intelletto", 2017.

Ammontare della sostanzaν è uguale al rapporto tra il numero di molecole in un dato corpo e il numero di atomi in 0,012 kg di carbonio, cioè il numero di molecole in 1 mole di una sostanza.
ν = N / N A
dove N è il numero di molecole in un dato corpo, N A è il numero di molecole in 1 mole della sostanza che compone il corpo. NA è la costante di Avogadro. La quantità di una sostanza si misura in moli. Costante di Avogadroè il numero di molecole o atomi in 1 mole di una sostanza. Questa costante ha preso il nome in onore del chimico e fisico italiano Amedeo Avogadro(1776 - 1856). 1 mole di qualsiasi sostanza contiene lo stesso numero di particelle.
N A \u003d 6,02 * 10 23 mol -1 Massa molareè la massa di una sostanza assunta nella quantità di una mole:
μ = m 0 * N A
dove m 0 è la massa della molecola. La massa molare è espressa in chilogrammi per mole (kg/mol = kg*mol -1). La massa molare è correlata alla massa molecolare relativa dalla relazione:

μ \u003d 10 -3 * M r [kg * mol -1]
La massa di qualsiasi quantità di sostanza m è uguale al prodotto della massa di una molecola m 0 per il numero di molecole:
m = m 0 N = m 0 N UN ν = μν
La quantità di una sostanza è uguale al rapporto tra la massa della sostanza e la sua massa molare:

ν = m / μ
La massa di una molecola di una sostanza può essere trovata se si conoscono la massa molare e la costante di Avogadro:
m 0 = m / N = m / νN A = μ / N A

Gas ideale- un modello matematico di un gas, in cui si presume che l'energia potenziale dell'interazione delle molecole possa essere trascurata rispetto alla loro energia cinetica. Non ci sono forze di attrazione o repulsione tra le molecole, le collisioni delle particelle tra loro e con le pareti del vaso sono assolutamente elastiche e il tempo di interazione tra le molecole è trascurabile rispetto al tempo medio tra le collisioni. Nel modello esteso di un gas ideale, le particelle di cui è composto hanno anche una forma a forma di sfere elastiche o ellissoidi, che consente di tenere conto dell'energia non solo del moto traslatorio, ma anche rotatorio-oscillatore , nonché collisioni di particelle non solo centrali, ma anche non centrali, ecc.)