Den italienske vitenskapsmannen Amedeo Avogadro, en samtidig av A. S. Pushkin, var den første som forsto at antall atomer (molekyler) i ett gram-atom (mol) av et stoff er det samme for alle stoffer. Kunnskap om dette tallet åpner for å estimere størrelsen på atomer (molekyler). I løpet av Avogadros liv fikk hypotesen hans ikke behørig anerkjennelse. Historien til Avogadro-nummeret er gjenstand for en ny bok av Evgeny Zalmanovich Meilikhov, professor ved Moscow Institute of Physics and Technology, sjefforsker ved National Research Center "Kurchatov Institute".

Hvis, som et resultat av en verdenskatastrofe, all den akkumulerte kunnskapen ville bli ødelagt og bare én frase ville komme til fremtidige generasjoner av levende vesener, hvilken uttalelse, sammensatt av det minste antall ord, ville bringe mest informasjon? Jeg tror dette er atomhypotesen:<...>alle legemer er bygd opp av atomer – små legemer som er i konstant bevegelse.

R. Feynman, "Feynman-forelesningene om fysikk"

Avogadro-tallet (Avogadros konstant, Avogadros konstant) er definert som antall atomer i 12 gram av den rene isotopen karbon-12 (12 C). Det er vanligvis betegnet som N A, sjeldnere L. Verdien av Avogadro-tallet anbefalt av CODATA (arbeidsgruppe for fundamentale konstanter) i 2015: N A = 6,02214082(11) 1023 mol-1. En føflekk er mengden av et stoff som inneholder N A strukturelle elementer (det vil si like mange grunnstoffer som det er atomer i 12 g 12 C), og strukturelementene er vanligvis atomer, molekyler, ioner osv. Per definisjon er atommasseenheten (amu) 1/12 av masse av et atom med 12 C. Én mol (gram-mol) av et stoff har en masse (molar masse) som, uttrykt i gram, er numerisk lik molekylvekten til det stoffet (uttrykt i atommasseenheter). For eksempel: 1 mol natrium har en masse på 22,9898 g og inneholder (omtrent) 6,02 10 23 atomer, 1 mol kalsiumfluorid CaF 2 har en masse på (40,08 + 2 18,998) = 78,076 g og inneholder (ca. 02 10 23 molekyler.

På slutten av 2011, på den XXIV General Conference on Weights and Measures, ble det enstemmig vedtatt et forslag om å definere føflekken i en fremtidig versjon av International System of Units (SI) på en slik måte at man unngår koblingen til definisjonen. av grammet. Det antas at føflekken i 2018 vil bli bestemt direkte av Avogadro-nummeret, som vil bli tildelt en nøyaktig (uten feil) verdi basert på måleresultatene anbefalt av CODATA. Så langt er ikke Avogadro-tallet akseptert per definisjon, men en målt verdi.

Denne konstanten er oppkalt etter den berømte italienske kjemikeren Amedeo Avogadro (1776–1856), som, selv om han selv ikke kjente til dette tallet, forsto at det var en veldig stor verdi. Ved begynnelsen av utviklingen av atomteori fremsatte Avogadro en hypotese (1811), ifølge hvilken like store volumer av ideelle gasser ved samme temperatur og trykk inneholder samme nummer molekyler. Senere ble det vist at denne hypotesen er en konsekvens kinetisk teori gasser, og er nå kjent som Avogadros lov. Den kan formuleres som følger: en mol av hvilken som helst gass ved samme temperatur og trykk opptar samme volum, under normale forhold lik 22,41383 liter (normale forhold tilsvarer trykk P 0 = 1 atm og temperatur T 0 = 273,15 K). Denne mengden er kjent som det molare volumet av gassen.

Det første forsøket på å finne antall molekyler som opptar et gitt volum ble gjort i 1865 av J. Loschmidt. Det fulgte av beregningene hans at antall molekyler per volumenhet luft er 1,8 10 18 cm −3 , som, som det viste seg, er omtrent 15 ganger mindre enn riktig verdi. Åtte år senere ga J. Maxwell et anslag som var mye nærmere sannheten - 1,9 · 10 19 cm −3 . Til slutt, i 1908, gir Perrin en allerede akseptabel vurdering: N A = 6,8 10 23 mol −1 Avogadros tall, funnet fra eksperimenter på Brownsk bevegelse.

Siden den gang har det blitt utviklet et stort antall uavhengige metoder for å bestemme Avogadro-tallet, og mer nøyaktige målinger har vist at det i virkeligheten er (omtrent) 2,69 x 10 19 molekyler i 1 cm 3 av en ideell gass under normale forhold. Denne mengden kalles Loschmidt-tallet (eller konstanten). Det tilsvarer Avogadros nummer N A ≈ 6,02 10 23 .

Avogadros tall er en av de viktige fysiske konstantene som spilte en viktig rolle i utviklingen av naturvitenskapene. Men er det en "universell (fundamental) fysisk konstant"? Begrepet i seg selv er ikke definert og er vanligvis assosiert med en mer eller mindre detaljert tabell over de numeriske verdiene til fysiske konstanter som skal brukes til å løse problemer. I denne forbindelse blir de grunnleggende fysiske konstantene ofte betraktet som de mengdene som ikke er naturkonstanter og som bare skylder sin eksistens til det valgte systemet av enheter (som for eksempel magnetiske og elektriske vakuumkonstanter) eller betingede internasjonale avtaler (som f.eks. for eksempel atommasseenheten). De grunnleggende konstantene inkluderer ofte mange avledede størrelser (for eksempel gasskonstanten R, den klassiske elektronradiusen r e= e 2 / m e c 2 osv.) eller, som i tilfellet med molarvolum, verdien av en fysisk parameter knyttet til spesifikke eksperimentelle forhold, som kun velges av bekvemmelighetshensyn (trykk 1 atm og temperatur 273,15 K). Fra dette synspunktet er Avogadro-tallet en virkelig grunnleggende konstant.

Denne boken er viet historien og utviklingen av metoder for å bestemme dette tallet. Eposet varte i omtrent 200 år og ble på forskjellige stadier assosiert med en rekke fysiske modeller og teorier, hvorav mange ikke har mistet sin relevans til i dag. De skarpeste vitenskapelige hodene hadde en finger med i denne historien - det er nok å nevne A. Avogadro, J. Loschmidt, J. Maxwell, J. Perrin, A. Einstein, M. Smoluchovsky. Listen kan fortsette og fortsette...

Forfatteren må innrømme at ideen om boken ikke tilhører ham, men til Lev Fedorovich Soloveichik, hans klassekamerat ved Moskva institutt for fysikk og teknologi, en mann som var engasjert i anvendt forskning og utvikling, men forble en romantiker fysiker i hjertet. Dette er en person som (en av de få) fortsetter "selv i vår grusomme tid" å kjempe for en ekte "høyere" kroppsøving i Russland, setter pris på og, etter beste evne, fremmer skjønnheten og elegansen til fysiske ideer . Det er kjent at fra plottet, som A. S. Pushkin presenterte for N. V. Gogol, oppsto en strålende komedie. Dette er selvsagt ikke tilfellet her, men kanskje vil denne boken også være nyttig for noen.

Denne boken er ikke et «populærvitenskapelig» verk, selv om det kan virke slik ved første øyekast. Den diskuterer seriøs fysikk mot en eller annen historisk bakgrunn, bruker seriøs matematikk og diskuterer ganske komplekse vitenskapelige modeller. Faktisk består boken av to (ikke alltid skarpt avgrensede) deler, designet for ulike lesere – noen kan finne den interessant fra et historisk og kjemisk synspunkt, mens andre kan fokusere på den fysiske og matematiske siden av problemet. Forfatteren hadde en nysgjerrig leser i tankene - en student ved fakultetet for fysikk eller kjemi, ikke fremmed for matematikk og lidenskapelig opptatt av vitenskapens historie. Finnes det slike elever? Forfatteren vet ikke det nøyaktige svaret på dette spørsmålet, men basert på sin egen erfaring håper han at det er det.

Introduksjon (forkortet) til boken: Meilikhov EZ Avogadros nummer. Hvordan se et atom. - Dolgoprudny: Publishing House "Intellect", 2017.

Mengde stoffν er lik forholdet mellom antall molekyler i en gitt kropp og antall atomer i 0,012 kg karbon, det vil si antall molekyler i 1 mol av et stoff.
ν = N / N A
der N er antall molekyler i en gitt kropp, N A er antall molekyler i 1 mol av stoffet som utgjør kroppen. N A er Avogadros konstant. Mengden av et stoff måles i mol. Avogadro konstant er antall molekyler eller atomer i 1 mol av et stoff. Denne konstanten fikk navnet sitt til ære for den italienske kjemikeren og fysikeren Amedeo Avogadro(1776 - 1856). 1 mol av ethvert stoff inneholder samme antall partikler.
N A \u003d 6,02 * 10 23 mol -1 Molar masse er massen av et stoff tatt i mengden av én mol:
μ = m 0 * N A
hvor m 0 er massen til molekylet. Molar masse er uttrykt i kilogram per mol (kg/mol = kg*mol -1). Molar masse er relatert til relativ molekylmasse ved forholdet:

μ \u003d 10 -3 * M r [kg * mol -1]
Massen til enhver mengde stoff m er lik produktet av massen til ett molekyl m 0 med antall molekyler:
m = m 0 N = m 0 N A ν = μν
Mengden av et stoff er lik forholdet mellom massen av stoffet og dets molare masse:

ν = m / μ
Massen til ett molekyl av et stoff kan bli funnet hvis den molare massen og Avogadro-konstanten er kjent:
m 0 = m / N = m / νN A = μ / N A

Ideell gass- en matematisk modell av en gass, der det antas at den potensielle energien til interaksjonen mellom molekyler kan neglisjeres sammenlignet med deres kinetisk energi. Det er ingen tiltreknings- eller frastøtningskrefter mellom molekyler, kollisjonene av partikler seg imellom og med karets vegger er absolutt elastiske, og interaksjonstiden mellom molekyler er ubetydelig liten sammenlignet med gjennomsnittlig tid mellom kollisjoner. I den utvidede modellen av en ideell gass har partiklene som den er sammensatt av også en form i form av elastiske kuler eller ellipsoider, som gjør det mulig å ta hensyn til energien til ikke bare translasjons-, men også rotasjons-oscillerende bevegelse , så vel som ikke bare sentrale, men også ikke-sentrale kollisjoner av partikler osv.)