> Avogadros nummer

Finn ut hva som er Avogadros nummer i bønner. Studer forholdet mellom stoffmengden til molekyler og Avogadro-tallet, Brownsk bevegelse, gasskonstanten og Faraday.

Antallet molekyler i en føflekk kalles Avogadro-tallet, som er 6,02 x 10 23 mol -1.

Læringsoppgave

• Forstå forholdet mellom Avogadros antall og føflekker.

Viktige punkter

• Avogadro foreslo at i tilfelle av jevnt trykk og temperatur, inneholder like gassvolumer det samme antall molekyler.
• Avogadro-konstanten er en viktig faktor, siden den knytter andre fysiske konstanter og egenskaper.
• Albert Einstein mente at dette tallet kunne utledes fra mengdene brownsk bevegelse. Det ble først målt i 1908 av Jean Perrin.

Vilkår

• Gasskonstanten er den universelle konstanten (R) som er et resultat av den ideelle gassloven. Den er hentet fra Boltzmann-konstanten og Avogadro-tallet.
• Faradays konstant er mengden elektrisk ladning per mol elektroner.
• Brownsk bevegelse er den tilfeldige forskyvningen av elementer dannet på grunn av støt med individuelle molekyler i en væske.

Hvis du står overfor en endring i mengden av et stoff, så er det lettere å bruke en annen enhet enn antall molekyler. Føflekken er den grunnleggende enheten i det internasjonale systemet og formidler et stoff som inneholder like mange atomer som er lagret i 12 g karbon-12. Denne mengden stoff kalles Avogadros nummer.

Han klarte å etablere et forhold mellom massene av samme volum av forskjellige gasser (under forhold med samme temperatur og trykk). Dette bidrar til forholdet mellom deres molekylvekter

Avogadro-tallet formidler antall molekyler i ett gram oksygen. Ikke glem at dette er en indikasjon på den kvantitative egenskapen til et stoff, og ikke en uavhengig målestørrelse. I 1811 gjettet Avogadro at volumet til en gass kan være proporsjonalt med antall atomer eller molekyler, og dette vil ikke bli påvirket av gassens natur (tallet er universelt).

Jean Perinne vant Nobelprisen i fysikk i 1926 for å utlede Avogadros konstant. Så Avogadros tall er 6,02 x 10 23 mol -1.

vitenskapelig betydning

Avogadro-konstanten spiller rollen som et viktig ledd i makro- og mikroskopiske naturobservasjoner. Det bygger på en måte en bro for andre fysiske konstanter og egenskaper. For eksempel etablerer et forhold mellom gasskonstanten (R) og Boltzmann (k):

R = kNA = 8,314472 (15) J mol-1K-1.

Og også mellom Faraday-konstanten (F) og den elementære ladningen (e):

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

Konstant beregning

Definisjonen av tallet påvirker beregningen av massen til et atom, som oppnås ved å dele massen til en mol gass med Avogadros tall. I 1905 foreslo Albert Einstein å utlede det basert på størrelsen på Brownsk bevegelse. Det var denne ideen Jean Perrin testet i 1908.

Avogadros lov

Ved begynnelsen av utviklingen av atomteorien (), la A. Avogadro frem en hypotese som innebærer at like store volumer av ideelle gasser ved samme temperatur og trykk inneholder samme nummer molekyler. Senere ble det vist at denne formodningen er en nødvendig konsekvens av kinetisk teori, og er nå kjent som Avogadros lov. Den kan formuleres som følger: en mol av en hvilken som helst gass ved samme temperatur og trykk opptar samme volum, under normale forhold lik 22,41383 . Denne mengden er kjent som det molare volumet av gassen.

Avogadro selv gjorde ikke anslag på antall molekyler i et gitt volum, men han forsto at dette er en veldig stor verdi. Det første forsøket på å finne antall molekyler som opptar et gitt volum ble gjort i året J. Loschmidt. Det fulgte av Loschmidts beregninger at for luft er antall molekyler per volumenhet 1,81·10 18 cm −3, som er omtrent 15 ganger mindre enn den sanne verdien. Etter 8 år ga Maxwell et mye nærmere anslag på "omtrent 19 millioner millioner millioner" molekyler per kubikkcentimeter, eller 1,9·10 19 cm −3. Faktisk inneholder 1 cm³ av en ideell gass under normale forhold 2,68675·10 19 molekyler. Denne mengden har blitt kalt Loschmidt-tallet (eller konstanten). Siden den gang er det utviklet et stort antall uavhengige metoder for å bestemme Avogadro-tallet. Den utmerkede overensstemmelsen mellom de oppnådde verdiene er et overbevisende bevis på det virkelige antallet molekyler.

Konstant måling

Den offisielt aksepterte verdien av Avogadros nummer i dag ble målt i 2010. Til dette ble det brukt to kuler laget av silisium-28. Kulene ble oppnådd ved Leibniz Institute of Crystallography og polert ved Australian Center for High Precision Optics så jevnt at høydene på fremspringene på overflaten deres ikke oversteg 98 nm. For deres produksjon ble høyrent silisium-28 brukt, isolert ved Nizhny Novgorod Institute of Chemistry of High-Purity Substances of the Russian Academy of Sciences fra silisiumtetrafluorid sterkt anriket på silisium-28, oppnådd ved Central Design Bureau of Mechanical Engineering i St. Petersburg.

Med slike praktisk talt ideelle objekter er det mulig å telle med høy nøyaktighet antall silisiumatomer i ballen og dermed bestemme Avogadro-tallet. I følge de oppnådde resultatene er det lik 6,02214084(18)×10 23 mol −1 .

Forholdet mellom konstanter

• Gjennom produktet av Boltzmann-konstanten, den universelle gasskonstanten, R=kN EN.
• Gjennom produktet av en elementær elektrisk ladning og Avogadro-tallet uttrykkes Faraday-konstanten, F=no EN.

se også

Notater

Litteratur

• Avogadros nummer // Great Soviet Encyclopedia

Wikimedia Foundation. 2010 .

Se hva "Avogadro's Number" er i andre ordbøker:

- (Avogadros konstant, symbol L), en konstant lik 6,022231023, tilsvarer antall atomer eller molekyler i en MOL av et stoff ... Vitenskapelig og teknisk encyklopedisk ordbok

Avogadros nummer- Avogadro konstanta statusas T sritis chemija apibrėžtis Dalelių (atomų, molekulių, jonų) skaičius viename medžiagos molyje, lygus (6,02204 ± 0,000031) 10²¹ mol⁻¹¹. santrumpa(os) Santrumpą žr. priede. priedas(ai) Grafinis formatas atitikmenys:… … Chemijos terminų aiskinamasis žodynas

Avogadros nummer- Avogadro konstanta statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. Avogadros konstant; Avogadros nummer vok. Avogadro Konstante, f; Avogadrosche Konstante, f rus. Avogadros konstant, f; Avogadros nummer, n pranc. constante d'Avogadro, f; nombre… … Fizikos terminų žodynas

Avogadro konstant (Avogadro-tall)- antall partikler (atomer, molekyler, ioner) i 1 mol av et stoff (en mol er mengden av et stoff som inneholder like mange partikler som det er atomer i nøyaktig 12 gram av karbon-12-isotopen), angitt med symbol N = 6,023 1023. En av ... ... Begynnelsen av moderne naturvitenskap

- (Avogadros tall), antall strukturelle elementer (atomer, molekyler, ioner eller andre h c) i enheter. telle va til va (i en mol). Oppkalt etter A. Avogadro, betegnet NA. A. p. en av de grunnleggende fysiske konstantene, avgjørende for å bestemme mange ... Fysisk leksikon

- (Avogadros tall; betegnet med NA), antall molekyler eller atomer i 1 mol av et stoff, NA \u003d 6,022045 (31) x 1023 mol 1; Navn kalt A. Avogadro ... Naturvitenskap. encyklopedisk ordbok

- (Avogadros tall), antall partikler (atomer, molekyler, ioner) i 1 mol i VA. Betegnes NA og lik (6.022045 ... Kjemisk leksikon

Na \u003d (6,022045 ± 0,000031) * 10 23 antall molekyler i en mol av ethvert stoff eller antall atomer i en mol av et enkelt stoff. En av de grunnleggende konstantene, som du kan bestemme slike mengder som for eksempel massen til et atom eller molekyl (se ... ... Collier Encyclopedia

Vi vet fra et skolekjemikurs at hvis vi tar en mol av et stoff, så vil det inneholde 6,02214084(18).10^23 atomer eller andre strukturelle elementer (molekyler, ioner, etc.). For enkelhets skyld er Avogadro-nummeret vanligvis skrevet i denne formen: 6.02. 10^23.

Men hvorfor er Avogadro-konstanten (på ukrainsk "ble Avogadro") lik denne verdien? Det er ikke noe svar på dette spørsmålet i lærebøker, og kjemihistorikere tilbyr en rekke versjoner. Det ser ut til at Avogadros nummer har en hemmelig betydning. Tross alt er det magiske tall, der noen inkluderer tallet "pi", fibonacci-tall, syv (åtte i øst), 13 osv. Vi vil bekjempe informasjonsvakuumet. Vi vil ikke snakke om hvem Amedeo Avogadro er, og hvorfor, i tillegg til loven han formulerte, konstant funnet, ble et krater på Månen også oppkalt etter denne forskeren. Det er allerede skrevet mange artikler om dette.

For å være presis telte jeg ikke molekyler eller atomer i noe bestemt volum. Den første personen som forsøkte å finne ut hvor mange gassmolekyler

inneholdt i et gitt volum ved samme trykk og temperatur, var Josef Loschmidt, og det var i 1865. Som et resultat av sine eksperimenter kom Loschmidt til den konklusjon at i en kubikkcentimeter av enhver gass under normale forhold er det 2,68675. 10^19 molekyler.

Deretter ble det oppfunnet uavhengige metoder for å bestemme Avogadro-tallet, og siden resultatene for det meste falt sammen, talte dette nok en gang til fordel for den faktiske eksistensen av molekyler. For øyeblikket har antallet metoder overskredet 60, men de siste årene har forskere forsøkt å forbedre nøyaktigheten av estimatet ytterligere for å introdusere en ny definisjon av begrepet "kilogram". Foreløpig er kilogram sammenlignet med valgt materialstandard uten noen grunnleggende definisjon.

Men tilbake til spørsmålet vårt - hvorfor er denne konstanten lik 6,022. 10^23?

I kjemi, i 1973, for enkelhets skyld i beregninger, ble det foreslått å introdusere et slikt konsept som "mengde stoff." Grunnenheten for å måle mengde var føflekken. I følge IUPAC-anbefalingene er mengden av ethvert stoff proporsjonal med antallet av dets spesifikke elementærpartikler. Proporsjonalitetskoeffisienten avhenger ikke av typen stoff, og Avogadro-tallet er dets gjensidige.

For å illustrere, la oss ta et eksempel. Som kjent fra definisjonen av atommasseenheten, kl. tilsvarer en tolvtedel av massen til ett karbonatom 12C og er 1,66053878,10^(−24) gram. Hvis du multipliserer 1 a.m.u. ved Avogadro-konstanten får du 1.000 g/mol. La oss nå ta litt beryllium. I følge tabellen er massen til ett berylliumatom 9,01 amu. La oss beregne hva en mol atomer av dette elementet er lik:

6,02 x 10^23 mol-1 * 1,66053878x10^(−24) gram * 9,01 = 9,01 gram/mol.

Dermed viser det seg at numerisk sammenfaller med atom.

Avogadro-konstanten ble spesielt valgt slik at molmassen tilsvarte en atom- eller dimensjonsløs verdi - en relativ molekylær.

Doktor i fysiske og matematiske vitenskaper Evgeny Meilikhov

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

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 at dette er atomhypotesen: ... alle legemer er sammensatt av atomer – små legemer som er i konstant bevegelse.
R. Feynman. Feynman forelesninger 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) 10 23 mol -1. En mol 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 atom masseenhet (a.e. .m) er lik 1/12 av massen til et 12 C-atom. Én mol (gram-mol) av et stoff har en masse (molar masse), som, uttrykt i gram, er numerisk lik til molekylvekten til dette 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 atomteorien la Avogadro frem en hypotese (1811), ifølge hvilken like store volumer av ideelle gasser inneholder samme antall molekyler ved samme temperatur og trykk. Denne hypotesen ble senere vist å være en konsekvens av den kinetiske teorien om gasser, og er nå kjent som Avogadros lov. Den kan formuleres som følger: en mol av en 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 \u003d 1 atm og temperatur T 0 \u003d 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. Fra beregningene hans fulgte det 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 mye nærmere anslag på sannheten - 1,9·10 19 cm -3. Til slutt, i 1908, gir Perrin et allerede akseptabelt estimat: 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 Avogadro-tallet NA ≈ 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 fundamentale konstantene inkluderer ofte mange avledede størrelser (for eksempel gasskonstanten R, den klassiske elektronradiusen r e \u003d e 2 /m e c 2, etc.) eller, som i tilfellet med molar volum, verdien av en fysisk parameter relatert 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.

Informasjon om bøkene til forlaget "Intellect" - på nettstedet www.id-intellect.ru

Avogadros lov i kjemi hjelper til med å beregne volum, molar masse, mengde av et gassformig stoff og den relative tettheten til en gass. Hypotesen ble formulert av Amedeo Avogadro i 1811 og ble senere bekreftet eksperimentelt.

Lov

Joseph Gay-Lussac var den første som studerte reaksjonene til gasser i 1808. Han formulerte lovene for termisk ekspansjon av gasser og volumetriske forhold, etter å ha oppnådd fra hydrogenklorid og ammoniakk (to gasser) et krystallinsk stoff - NH 4 Cl (ammoniumklorid). Det viste seg at for å lage det, er det nødvendig å ta de samme volumene av gasser. Dessuten, hvis en gass var i overkant, forble den "ekstra" delen etter reaksjonen ubrukt.

Litt senere formulerte Avogadro konklusjonen at ved samme temperaturer og trykk inneholder like volumer av gasser like mange molekyler. I dette tilfellet kan gasser ha forskjellige kjemiske og fysiske egenskaper.

Ris. 1. Amedeo Avogadro.

To konsekvenser følger av Avogadros lov:

• først - ett mol gass under like forhold opptar samme volum;
• sekund - forholdet mellom massene med like volum av to gasser er lik forholdet mellom deres molare masse og uttrykker den relative tettheten til en gass i form av en annen (betegnet med D).

Normale forhold (n.s.) er trykk P=101,3 kPa (1 atm) og temperatur T=273 K (0°C). Under normale forhold er det molare volumet av gasser (volumet av et stoff til dets mengde) 22,4 l / mol, dvs. 1 mol gass (6,02 ∙ 10 23 molekyler - konstant antall Avogadro) har et volum på 22,4 liter. Molar volum (V m) er en konstant verdi.

Ris. 2. Normale forhold.

Problemløsning

Hovedbetydningen av loven er evnen til å utføre kjemiske beregninger. Basert på den første konsekvensen av loven, kan du beregne mengden gassformig materiale gjennom volumet ved å bruke formelen:

der V er volumet av gass, V m er molvolumet, n er mengden av stoff, målt i mol.

Den andre konklusjonen fra Avogadros lov gjelder beregningen av den relative tettheten til en gass (ρ). Tetthet beregnes ved hjelp av m/V-formelen. Hvis vi vurderer 1 mol gass, vil tetthetsformelen se slik ut:

ρ (gass) = M/V m ,

hvor M er massen til en mol, dvs. molar masse.

For å beregne tettheten til en gass fra en annen gass, er det nødvendig å kjenne tettheten til gassene. Den generelle formelen for den relative tettheten til en gass er som følger:

D(y)x = ρ(x) / ρ(y),

hvor ρ(x) er tettheten til en gass, ρ(y) er tettheten til den andre gassen.

Hvis vi erstatter tetthetsberegningen i formelen, får vi:

D (y) x \u003d M (x) / V m / M (y) / V m.

Molarvolumet synker og forblir

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

Ta i betraktning praktisk bruk lov om eksempel på to oppgaver:

• Hvor mange liter CO 2 vil man få fra 6 mol MgCO 3 i reaksjonen av dekomponering av MgCO 3 til magnesiumoksid og karbondioksid (n.o.)?
• Hva er den relative tettheten av CO 2 for hydrogen og luft?

La oss løse det første problemet først.

n(MgCO 3) = 6 mol

MgCO 3 \u003d MgO + CO 2

Mengden magnesiumkarbonat og karbondioksid er den samme (ett molekyl hver), derfor n (CO 2) \u003d n (MgCO 3) \u003d 6 mol. Fra formelen n \u003d V / V m, kan du beregne volumet:

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

Svar: V (CO 2) \u003d 134,4 l

Løsning på det andre problemet:

• D (H2) CO 2 \u003d M (CO 2) / M (H 2) \u003d 44 g / mol / 2 g / mol \u003d 22;
• D (luft) CO 2 \u003d M (CO 2) / M (luft) \u003d 44 g / mol / 29 g / mol \u003d 1,52.

Ris. 3. Formler for mengde stoff etter volum og relativ tetthet.

Formlene i Avogadros lov fungerer bare for gassformige stoffer. De gjelder ikke for væsker og faste stoffer.

Hva har vi lært?

I følge lovens formulering inneholder like volumer av gasser under samme forhold like mange molekyler. Under normale forhold (n.c.) er verdien av molvolumet konstant, dvs. V m for gasser er alltid 22,4 l/mol. Det følger av loven at det samme antall molekyler av forskjellige gasser under normale forhold opptar samme volum, så vel som den relative tettheten til en gass i en annen - forholdet mellom molmassen til en gass og molmassen til den andre gass.

Emnequiz

Rapportevaluering

Gjennomsnittlig rangering: fire. Totale vurderinger mottatt: 261.