Historie čísel Avogadro, jednotky, jak to vypočítat, používá

3639
Egbert Haynes

The Avogadro číslo Je to ten, který udává, kolik částic tvoří krtek hmoty. Obvykle se označuje symbolem NNA nebo L a má mimořádnou velikost: 6,02 · 102. 3, napsáno vědeckou notací; pokud není použit, musí být napsáno celé: 602000000000000000000000.

Abychom se vyhnuli a usnadnili jeho použití, je vhodné odkazovat se na číslo Avogadra, které jej nazývá krtek; toto je jméno dané jednotce odpovídající takovému množství částic (atomy, protony, neutrony, elektrony atd.). Pokud tedy tucet odpovídá 12 jednotkám, krtek zahrnuje NNA jednotky, což zjednodušuje stechiometrické výpočty.

Avogadrovo číslo napsané vědeckou notací. Zdroj: PRHaney [CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)]

Matematicky nemusí být číslo Avogadra největší ze všech; ale mimo oblast vědy by její použití k označení množství jakéhokoli předmětu překročilo hranice lidské představivosti.

Například krtek tužek by znamenal výrobu 6,02 · 102. 3 jednotky, přičemž při pokusu zůstala Země bez plic rostlin. Stejně jako tento hypotetický příklad existuje mnoho dalších, což nám umožňuje zahlédnout velkolepost a použitelnost tohoto čísla pro astronomické veličiny..

BezNA a krtek naráží na přemrštěné množství čehokoli, k čemu jsou ve vědě? Jak bylo uvedeno hned na začátku: umožňují vám „počítat“ velmi malé částice, jejichž počty jsou neuvěřitelně obrovské, dokonce i v zanedbatelném množství hmoty..

Nejmenší kapka kapaliny obsahuje miliardy částic a také nejsmyslnější množství dané pevné látky, které lze při jakékoli rovnováze zvážit..

Aby se uchýlil k vědeckým notacím, přichází krtek na pomoc a ukazuje, kolik, více či méně, máte látky nebo sloučeniny vzhledem k NNA. Například 1 g stříbra odpovídá přibližně 9,10-3 krtek; Jinými slovy, tento gram „obývá“ téměř stotinu NNA (5,6 10dvacet jedna Atomy Ag, přibližně).

Rejstřík článků

  • 1 Historie
    • 1.1 Inspirace Amedeo Avogadro
    • 1.2 Molekulární hypotéza
    • 1.3 O padesát let později
    • 1.4 Zrození pojmu
  • 2 Z čeho se skládá a jednotek
    • 2.1 Atom-gram a molekulový gram
    • 2.2 Molární a molární hmotnosti
  • 3 Jak se počítá číslo společnosti Avogadro
    • 3.1 Přesnější metody měření
  • 4 použití
  • 5 Cvičení vyřešena
    • 5.1 Cvičení 1
    • 5.2 Cvičení 2
  • 6 Reference

Příběh

Inspirace Amedea Avogadra

Někteří lidé věří, že počet Avogadra byl konstantou, kterou určil Lorenzo Romano Amedeo Carlo Avogadro z Quaregna a Cerreto, lépe známý jako Amedeo Avogadro; Tento vědecký právník, který se věnoval studiu vlastností plynů a byl inspirován prací Daltona a Gay-Lussaca, však nebyl tím, kdo představil NNA.

Od Daltona se Amadeo Avogadro dozvěděl, že masy plynů se spojují nebo reagují v konstantních poměrech. Například hmotnost vodíku zcela reaguje s osmkrát větší hmotou kyslíku; pokud tento poměr nebyl splněn, jeden ze dvou plynů zůstal v přebytku.

Od Gay-Lussaca se naopak dozvěděl, že objemy plynů reagují ve stálém vztahu. Dva objemy vodíku tedy reagují s jedním z kyslíku za vzniku dvou objemů vody (ve formě páry, vzhledem k vysokým generovaným teplotám).

Molekulární hypotéza

V roce 1811 Avogadro zhuštěný své myšlenky formulovat svou molekulární hypotézu, ve kterém vysvětlil, že vzdálenost, která odděluje plynné molekuly, je konstantní, pokud se tlak a teplota nezmění. Tato vzdálenost pak definuje objem, který může plyn zabírat v nádobě s roztažitelnými zábranami (například balón).

Při dané hmotnosti plynu A, mNA, a hmotnost plynu B, mB, mNA a mB budou mít stejný objem za normálních podmínek (T = 0 ° C a P = 1 atm), pokud mají oba ideální plyny stejný počet molekul; to byla hypotéza, dnes zákon, Avogadra.

Ze svých pozorování také odvodil, že vztah mezi hustotami plynů, opět A a B, je stejný jako vztah jejich relativních molekulových hmot (ρNA/ ρB = M.NA/ MB).

Jeho největším úspěchem bylo zavést pojem „molekula“, jak je dnes známý. Společnost Avogadro zpracovávala vodík, kyslík a vodu jako molekuly, nikoli jako atomy.

O padesát let později

Myšlenka jejích rozsivkových molekul se setkala se silnou rezistencí mezi chemiky v 19. století. Ačkoli Amadeo Avogadro učil fyziku na univerzitě v Turíně, jeho práce nebyla příliš dobře přijata a ve stínu experimentů a pozorování renomovaných chemiků byla jeho hypotéza pohřbena na padesát let..

Ani příspěvek známého vědce André Ampere, který podpořil Avogadrovu hypotézu, nestačil na to, aby ji chemici vážně zvážili.

Teprve na kongresu v Karlsruhe v Německu v roce 1860 zachránil mladý italský chemik Stanislao Cannizzaro Avogadrovu práci v reakci na chaos kvůli nedostatku atomových hmot a spolehlivých a pevných chemických rovnic..

Zrození pojmu

To, co je známé jako „Avogadrovo číslo“, představil francouzský fyzik Jean Baptiste Perrin téměř o sto let později. Určil přibližnou hodnotu NNA různými metodami z jeho práce na Brownově pohybu.

Z čeho se skládá a jednotky

Atom-gram a molekulový gram

Avogadro's number and the mole are related; druhý však existoval před prvním.

Vzhledem k relativní hmotnosti atomů byla atomová hmotnostní jednotka (amu) zavedena jako jedna dvanáctina atomu izotopu uhlíku 12; zhruba hmotnost protonu nebo neutronu. Tímto způsobem bylo známo, že uhlík je dvanáctkrát těžší než vodík; co je ekvivalentní říci, 12C váží 12u a 1H váží 1 u.

Kolik hmoty se ale vlastně člověk rovná? Jak by bylo možné měřit hmotnost takových malých částic? Poté přišla myšlenka na gramatom a gramomolekulu, které byly později nahrazeny krtkem. Tyto jednotky pohodlně spojily gram s amu následujícím způsobem:

12 g 12C = N ma

Počet N atomů 12C, vynásobený jeho atomovou hmotou, dává hodnotu číselně identickou s relativní atomovou hmotou (12 amu). Proto 12 g 12C se rovnal jednomu gramu atomu; 16 g 16Nebo na gram-atom kyslíku; 16 g CH4, gram-molekula pro methan atd. s dalšími prvky nebo sloučeninami.

Molární a molární hmotnosti

Gram-atom a gram-molekula, spíše než jednotky, sestávala z molárních hmotností atomů a molekul..

Definice molu se tedy stává: jednotka určená pro počet atomů přítomných ve 12 g čistého uhlíku-12 (nebo 0,012 kg). A ze své strany byl N náhodou označen jako NNA.

Avogadrovo číslo tedy formálně sestává z počtu atomů, které tvoří takových 12 g uhlíku 12; a jeho jednotkou je mol a jeho deriváty (kmol, mmol, lb-mol atd.).

Molární hmotnosti jsou molekulové (nebo atomové) hmotnosti vyjádřené jako funkce molů.

Například molární hmotnost Odva je 32 g / mol; to znamená, že jeden mol molekul kyslíku má hmotnost 32 g a jedna molekula Odva má molekulovou hmotnost 32 u. Podobně je molární hmotnost H 1 g / mol: jeden mol atomů H má hmotnost 1 g a jeden atom H má atomovou hmotnost 1 u.

Jak se počítá číslo společnosti Avogadro

Kolik je krtek? Jaká je hodnota NNA aby atomové a molekulární hmotnosti měly stejnou číselnou hodnotu jako molární hmotnosti? Chcete-li to zjistit, je třeba vyřešit následující rovnici:

12 g 12C = NNAMa

Ale mám 12 uma.

12 g 12C = NNA12uma

Pokud je známo, kolik má amu hodnotu (1667 10-24 g), můžete přímo vypočítat NNA:

NNA = (12 g / 2 10-2. 3G)

= 5 999 102. 3 atomy 12C

Je toto číslo shodné s číslem uvedeným na začátku článku? Ne. Ačkoli desetinná místa fungují proti sobě, existují mnohem přesnější výpočty k určení NNA.

Přesnější metody měření

Pokud je definice molu známa dříve, zejména mol elektronů a elektrický náboj, který přenášejí (přibližně 96 500 C / mol), je třeba znát náboj jednotlivého elektronu (1,602 × 10-19C), můžete vypočítat NNA také tímto způsobem:

NNA = (96500 C / 1,602 × 10-19C)

= 6,0237203 102. 3 elektrony

Tato hodnota vypadá ještě lépe.

Další způsob, jak to vypočítat, spočívá v rentgenových krystalografických technikách s použitím ultra čisté křemíkové koule o hmotnosti 1 kg. K tomu se používá vzorec:

NNA = n(PROTInebo/ Vm)

Kde n je počet atomů přítomných v jednotkové buňce křemíkového krystalu (n= 8) a Vnebo a Vm jsou jednotkové buňky a molární objemy. Známe-li proměnné pro křemíkový krystal, lze touto metodou vypočítat číslo Avogadro.

Aplikace

Avogadrovo číslo v podstatě umožňuje vyjádřit propastné množství elementárních částic v jednoduchých gramech, které lze měřit v analytických nebo základních rovnováhách. Nejen to: pokud je atomová vlastnost vynásobena NNA, jeho projev bude získán v makroskopických měřítcích, viditelných ve světě a pouhým okem.

Proto se z dobrého důvodu říká, že toto číslo funguje jako most mezi mikroskopickým a makroskopickým. Často se vyskytuje zejména ve fyzikální chemii, když se pokouší spojit chování molekul nebo iontů s chováním jejich fyzikálních fází (kapalných, plynných nebo pevných).

Vyřešená cvičení

V sekci výpočty byly dva příklady cvičení řešeny pomocí NNA. Poté přistoupíme k řešení dalších dvou.

Cvičení 1

Jaká je hmotnost molekuly HdvaNEBO?

Pokud je známo, že jeho molární hmotnost je 18 g / mol, pak jeden mol molekul H.dvaNebo má hmotnost 18 gramů; ale otázka se týká jednotlivé molekuly samotné. K výpočtu jeho hmotnosti se použijí převodní faktory:

(18 g / mol HdvaO) · (mol HdvaO / 6,02 102. 3 H molekulydvaO) = 2,99 · 10-2. 3 g / molekula HdvaNEBO

To znamená, že molekula HdvaNebo má hmotnost 2,99 · 10-2. 3 G.

Cvičení 2

Kolik atomů kovového dysprosia (Dy) bude obsahovat jeho část o hmotnosti 26 g?

Atomová hmotnost dysprosia je 162,5 u, což se rovná 162,5 g / mol podle Avogadrova čísla. Opět pokračujeme s převodními faktory:

(26 g) · (mol Dy / 162,5 g) · (6,02 · 102. 3 atomy Dy / mol Dy) = 9,63 · 1022 Dy atomy

Tato hodnota je 0,16krát menší než NNA (9,63 · 1022/ 6,02 102. 3), a proto má uvedená část 0,16 molů dysprosia (rovněž lze vypočítat s 26 / 162,5).

Reference

  1. Wikipedia. (2019). Avogadro konstantní. Obnoveno z: en.wikipedia.org
  2. Atteberry Jonathan. (2019). Jaké je číslo společnosti Avogadro? Jak věci fungují. Obnoveno z: science.howstuffworks.com
  3. Ryan Benoit, Michael Thai, Charlie Wang a Jacob Gomez. (2. května 2019). Krtek a Avogadrova konstanta. Chemistry LibreTexts. Obnoveno z: chem.libretexts.org
  4. Krtek den. (s.f.). Historie čísla Avogadra: 6,02krát 10 až 23rd. Obnoveno z: moleday.org
  5. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (06.01.2019). Experimentální stanovení Avogadrova čísla. Obnoveno z: thoughtco.com
  6. Tomás Germán. (s.f.). Avogadro číslo. IES Domingo Miral. Obnoveno z: iesdmjac.educa.aragon.es
  7. Joaquín San Frutos Fernández. (s.f.). Avogadroovo číslo a koncept krtka. Obnoveno z: encina.pntic.mec.es
  8. Bernardo Herradón. (3. září 2010). Kongres v Karlsruhe: 150 let. Obnoveno z: madrimasd.org
  9. George M. Bodner. (2004, 16. února). Jak bylo stanoveno číslo Avogadra? Scientific American. Obnoveno z: scientificamerican.com

Zatím žádné komentáře