Omul de știință italian Amedeo Avogadro, contemporan cu A. S. Pușkin, a fost primul care a înțeles că numărul de atomi (molecule) dintr-un gram-atom (mol) al unei substanțe este același pentru toate substanțele. Cunoașterea acestui număr deschide calea spre estimarea dimensiunii atomilor (moleculelor). În timpul vieții lui Avogadro, ipoteza lui nu a primit recunoașterea cuvenită. Istoria numărului Avogadro este subiectul unei noi cărți a lui Evgeny Zalmanovich Meilikhov, profesor la Institutul de Fizică și Tehnologie din Moscova, cercetător șef la Centrul Național de Cercetare „Institutul Kurchatov”.

Dacă, în urma unei catastrofe mondiale, toate cunoștințele acumulate ar fi distruse și numai o singură frază ar ajunge la generațiile viitoare de ființe vii, atunci ce afirmație, compusă din cel mai mic număr de cuvinte, ar aduce majoritatea informațiilor? Cred că aceasta este ipoteza atomică:<...>toate corpurile sunt formate din atomi – corpuri mici care sunt în continuă mișcare.

R. Feynman, „Prelegerile Feynman despre fizică”

Numărul Avogadro (constanta lui Avogadro, constanta lui Avogadro) este definit ca numărul de atomi din 12 grame de izotop pur carbon-12 (12 C). Este de obicei notat ca N A, mai rar L. Valoarea numărului Avogadro recomandat de CODATA (grupul de lucru pe constante fundamentale) în 2015: N A = 6,02214082(11) 1023 mol -1 . O alunita este cantitatea de substanta pe care o contine N A elementele structurale (adică atâtea elemente câte atomi există în 12 g 12 C), iar elementele structurale sunt de obicei atomi, molecule, ioni etc. Prin definiție, unitatea de masă atomică (amu) este 1/12 din masa unui atom de 12 C. Un mol (gram-mol) al unei substanțe are o masă (masă molară) care, atunci când este exprimată în grame, este numeric egală cu greutatea moleculară a acelei substanțe (exprimată în unități de masă atomică). De exemplu: 1 mol de sodiu are o masă de 22,9898 g și conține (aproximativ) 6,02 10 23 atomi, 1 mol de fluorură de calciu CaF 2 are o masă de (40,08 + 2 18,998) = 78,076 g și conține (aproximativ) 6. 02 10 23 molecule.

La sfârșitul anului 2011, la Conferința a XXIV-a Generală a Greutăților și Măsurilor, a fost adoptată în unanimitate o propunere de definire a cârtiței într-o versiune viitoare a Sistemului Internațional de Unități (SI) în așa fel încât să se evite legătura acesteia cu definiția. a gramului. Se presupune că în 2018 alunița va fi determinată direct de numărul Avogadro, căruia i se va atribui o valoare exactă (fără eroare) pe baza rezultatelor măsurătorilor recomandate de CODATA. Până acum, numărul Avogadro nu este acceptat prin definiție, ci o valoare măsurată.

Această constantă poartă numele celebrului chimist italian Amedeo Avogadro (1776–1856), care, deși el însuși nu cunoștea acest număr, a înțeles că este o valoare foarte mare. În zorii dezvoltării teoriei atomice, Avogadro a formulat o ipoteză (1811), conform căreia, la aceeași temperatură și presiune, volume egale de gaze ideale conțin acelasi numar molecule. Ulterior s-a demonstrat că această ipoteză este o consecință teoria cinetică gaze și acum este cunoscută drept legea lui Avogadro. Poate fi formulat astfel: un mol din orice gaz la aceeași temperatură și presiune ocupă același volum, în condiții normale egal cu 22,41383 litri (condițiile normale corespund presiunii P 0 = 1 atm și temperatură T 0 = 273,15 K). Această cantitate este cunoscută ca volumul molar al gazului.

Prima încercare de a găsi numărul de molecule care ocupă un anumit volum a fost făcută în 1865 de J. Loschmidt. Din calculele sale a rezultat că numărul de molecule pe unitate de volum de aer este de 1,8 10 18 cm −3 , ceea ce, după cum s-a dovedit, este de aproximativ 15 ori mai mic decât valoarea corectă. Opt ani mai târziu, J. Maxwell a dat o estimare mult mai apropiată de adevăr - 1,9 · 10 19 cm −3 . În cele din urmă, în 1908, Perrin oferă o evaluare deja acceptabilă: N A = 6,8 10 23 mol −1 Numărul lui Avogadro, găsit din experimente privind mișcarea browniană.

De atunci, s-au dezvoltat un număr mare de metode independente pentru determinarea numărului Avogadro, iar măsurători mai precise au arătat că în realitate există (aproximativ) 2,69 x 10 19 molecule în 1 cm 3 de gaz ideal în condiții normale. Această mărime se numește număr Loschmidt (sau constantă). Corespunde cu numărul lui Avogadro N A ≈ 6,02 10 23 .

Numărul lui Avogadro este una dintre constantele fizice importante care a jucat un rol important în dezvoltarea științelor naturii. Dar este o „constantă fizică universală (fundamentală)”? Termenul în sine nu este definit și este de obicei asociat cu un tabel mai mult sau mai puțin detaliat al valorilor numerice ale constantelor fizice care ar trebui utilizate în rezolvarea problemelor. În acest sens, constantele fizice fundamentale sunt adesea considerate acele mărimi care nu sunt constante ale naturii și își datorează existența doar sistemului de unități ales (cum ar fi, de exemplu, constantele de vid magnetice și electrice) sau acordurilor internaționale condiționate (cum ar fi, de exemplu, unitatea de masă atomică) . Constantele fundamentale includ adesea multe cantități derivate (de exemplu, constanta gazului R, raza clasică a electronilor r e= e 2 / m e c 2 etc.) sau, ca și în cazul volumului molar, valoarea unui parametru fizic legat de condiții experimentale specifice, care sunt alese doar din motive de comoditate (presiune 1 atm și temperatură 273,15 K). Din acest punct de vedere, numărul Avogadro este o constantă cu adevărat fundamentală.

Această carte este dedicată istoriei și dezvoltării metodelor de determinare a acestui număr. Epopeea a durat aproximativ 200 de ani și în diferite etape a fost asociată cu o varietate de modele și teorii fizice, dintre care multe nu și-au pierdut relevanța până în prezent. Cele mai strălucite minți științifice au avut o mână de ajutor în această poveste – este suficient să îi numim pe A. Avogadro, J. Loschmidt, J. Maxwell, J. Perrin, A. Einstein, M. Smoluchovsky. Lista ar putea continua și mai departe...

Autorul trebuie să recunoască că ideea cărții nu îi aparține lui, ci lui Lev Fedorovich Soloveichik, colegul său de clasă la Institutul de Fizică și Tehnologie din Moscova, un om care a fost angajat în cercetare și dezvoltare aplicată, dar a rămas un romantic. fizician la suflet. Aceasta este o persoană care (una dintre puținele) continuă „chiar și în epoca noastră crudă” să lupte pentru o adevărată educație fizică „superioară” în Rusia, apreciază și, în măsura în care poate, promovează frumusețea și eleganța ideilor fizice. . Se știe că din complot, pe care A. S. Pușkin l-a prezentat lui N. V. Gogol, a apărut o comedie strălucitoare. Desigur, nu este cazul aici, dar poate că această carte va fi de folos cuiva.

Această carte nu este o lucrare de „știință populară”, deși poate părea așa la prima vedere. Se discută despre fizica serioasă pe un fundal istoric, folosește matematică serioasă și discută modele științifice destul de complexe. De fapt, cartea constă din două părți (nu întotdeauna bine delimitate), concepute pentru diferiți cititori - unii o pot considera interesantă din punct de vedere istoric și chimic, în timp ce alții se pot concentra pe latura fizică și matematică a problemei. Autorul a avut în vedere un cititor iscoditor - student al Facultății de Fizică sau Chimie, deloc străin de matematică și pasionat de istoria științei. Există astfel de studenți? Autorul nu știe răspunsul exact la această întrebare, dar, pe baza propriei experiențe, speră că există.

Introducere (abreviată) în carte: numărul lui Meilikhov EZ Avogadro. Cum să vezi un atom. - Dolgoprudny: Editura „Intelect”, 2017.

Cantitate de substanțăν este egal cu raportul dintre numărul de molecule dintr-un corp dat și numărul de atomi din 0,012 kg de carbon, adică numărul de molecule dintr-un mol de substanță.
ν = N / N A
unde N este numărul de molecule dintr-un corp dat, N A este numărul de molecule dintr-un mol de substanță care alcătuiește corpul. N A este constanta lui Avogadro. Cantitatea de substanță se măsoară în moli. constanta Avogadro este numărul de molecule sau atomi dintr-un mol dintr-o substanță. Această constantă și-a primit numele în onoarea chimistului și fizicianului italian Amedeo Avogadro(1776 - 1856). 1 mol de orice substanță conține același număr de particule.
N A \u003d 6,02 * 10 23 mol -1 Masă molară este masa unei substanțe luate în cantitate de un mol:
μ = m 0 * N A
unde m 0 este masa moleculei. Masa molară se exprimă în kilograme pe mol (kg/mol = kg*mol -1). Masa molară este legată de masa moleculară relativă prin relația:

μ \u003d 10 -3 * M r [kg * mol -1]
Masa oricărei cantități de substanță m este egală cu produsul dintre masa unei molecule m 0 cu numărul de molecule:
m = m 0 N = m 0 N A ν = μν
Cantitatea de substanță este egală cu raportul dintre masa substanței și masa sa molară:

ν = m / μ
Masa unei molecule a unei substanțe poate fi găsită dacă se cunosc masa molară și constanta Avogadro:
m 0 = m / N = m / νN A = μ / N A

Gaz ideal- un model matematic al unui gaz, în care se presupune că energia potențială a interacțiunii moleculelor poate fi neglijată în comparație cu acestea energie kinetică. Nu există forțe de atracție sau de repulsie între molecule, ciocnirile particulelor între ele și cu pereții vasului sunt absolut elastice, iar timpul de interacțiune între molecule este neglijabil de mic în comparație cu timpul mediu dintre ciocniri. În modelul extins al unui gaz ideal, particulele din care este compus au și o formă sub formă de sfere elastice sau elipsoide, ceea ce face posibilă luarea în considerare a energiei nu numai a mișcării de translație, ci și a mișcării de rotație-oscilație. , precum și nu numai ciocnirile centrale, ci și non-centrale ale particulelor etc.)