- Historie
- Inspirationer af Amedeo Avogadro
- Molekylær hypotese
- Halvtreds år senere
- Fødselsperioden
- Hvad det består af og enheder
- Atom-gram og molekyle-gram
- Molære masser og mol
- Sådan beregnes Avogadros antal
- Mere nøjagtige målemetoder
- Applikationer
- Løst øvelser
- Øvelse 1
- Øvelse 2
- Referencer
Det Avogadro nummer er en, der angiver, hvor mange partikler omfatter et mol stof. Det betegnes normalt med symbolet N A eller L og har en ekstraordinær styrke: 6.02 · 10 23, skrevet i videnskabelig notation; hvis det ikke bruges, skal det skrives fuldt ud: 6020000000000000000000000000.
For at undgå og lette brugen er det praktisk at henvise til Avogadros nummer, der kalder det muldvarp; dette er det navn, der gives til enheden, der svarer til en sådan mængde partikler (atomer, protoner, neutroner, elektroner osv.). Hvis således et dusin svarer til 12 enheder, en muldvarp omfatter N A -enheder, forenkle støkiometriske beregninger.
Avogadros nummer skrevet i videnskabelig notation. Kilde: PRHaney
Matematisk er Avogadros nummer måske ikke det største af alle; men uden for videnskabsområdet ville det at bruge den til at indikere mængden af ethvert objekt overskride grænserne for menneskelig fantasi.
For eksempel ville en mol blyanter involvere fremstilling af 6,02 · 10 23 enheder og forlade Jorden uden dens plantelunger i processen. Ligesom dette hypotetiske eksempel bugner mange andre, der tillader et glimt af storslåethed og anvendelighed af dette tal for astronomiske mængder.
Hvis N A og muldvarpen refererer til ublu mængder af noget, hvor nyttige er i videnskaben? Som sagt lige i begyndelsen: de giver dig mulighed for at "tælle" meget små partikler, hvis antal er utroligt store, selv i ubetydelige mængder stof.
Den mindste dråbe væske indeholder milliarder af partikler såvel som den mest latterlige mængde af et givet fast stof, der kan vejes på enhver balance.
Ikke bruge videnskabelig notation, muldvarpen kommer til støtte, der angiver, hvor meget, mere eller mindre, det er et stof eller forbindelse til N A. For eksempel svarer 1 g sølv til ca. 9-10-3 mol; med andre ord, næsten en hundrededel af N A (5,6 · 10 21 Ag-atomer, ca.) "bebor" dette gram.
Historie
Inspirationer af Amedeo Avogadro
Nogle mennesker tror, at Avogadros nummer var en konstant bestemt af Lorenzo Romano Amedeo Carlo Avogadro fra Quaregna og Cerreto, bedre kendt som Amedeo Avogadro; Men denne videnskabsmand-advokat, der afsættes til at studere egenskaberne af gasser, og inspireret af det arbejde, Dalton og Gay-Lussac var ikke som introducerede N A.
Fra Dalton lærte Amadeo Avogadro, at masserne af gasser kombineres eller reagerer i konstante proportioner. For eksempel reagerer en masse brint fuldstændigt med en otte gange større masse af ilt; når denne andel ikke blev opfyldt, forblev en af de to gasser overskydende.
Fra Gay-Lussac, på den anden side, lærte han, at mængderne af gasser reagerer i et fast forhold. Således reagerer to volumener brint med en af ilt for at producere to volumener vand (i form af damp, i betragtning af de høje temperaturer, der genereres).
Molekylær hypotese
I 1811 kondenserede Avogadro sine ideer til at formulere sin molekylære hypotese, hvor han forklarede, at afstanden, der adskiller gasformige molekyler, er konstant, så længe tryk og temperatur ikke ændres. Denne afstand definerer derefter det volumen, en gas kan optage i en beholder med ekspanderbare barrierer (for eksempel en ballon).
Således, givet en masse af gas A, m A, og en masse af gas B, m B, m A og m B vil have samme volumen under normale betingelser (T = 0 ° C, og P = 1 atm) hvis begge idealgasser har samme antal molekyler; dette var hypotesen, i dag lov, om Avogadro.
Fra sine observationer udledte han også, at forholdet mellem tætheden af gasser, igen A og B, er det samme som for deres relative molekylmasser (ρ A / ρ B = M A / M B).
Hans største succes var at introducere udtrykket 'molekyle', som det er kendt i dag. Avogadro behandlede brint, ilt og vand som molekyler og ikke som atomer.
Halvtreds år senere
Ideen om dens diatomiske molekyler mødte en stærk resistens blandt kemikere i det 19. århundrede. Selvom Amadeo Avogadro underviste i fysik ved Universitetet i Turin, blev hans arbejde ikke særlig godt accepteret, og i skyggen af eksperimenter og observationer fra mere kendte kemikere blev hans hypotese begravet i halvtreds år.
Selv bidrag fra den kendte videnskabsmand André Ampere, der støttede Avogadros hypotese, var ikke nok for kemikere til at overveje det alvorligt.
Først på kongressen i Karlsruhe, Tyskland i 1860, reddede den unge italienske kemiker, Stanislao Cannizzaro, Avogadros arbejde som et svar på kaoset på grund af manglen på pålidelige og solide atommasser og kemiske ligninger.
Fødselsperioden
Hvad der er kendt som 'Avogadros nummer' blev introduceret af den franske fysiker Jean Baptiste Perrin næsten hundrede år senere. Han bestemt en tilnærmelse af N A gennem forskellige metoder fra hans arbejde med Brownsk bevægelse.
Hvad det består af og enheder
Atom-gram og molekyle-gram
Avogadros nummer og muldvarp er relateret; den anden eksisterede dog før den første.
Når man kender atomernes relative masser, blev atommasseenheden (amu) introduceret som en tolvtedel af et carbon 12-isotopatom; nogenlunde massen af en proton eller neutron. På denne måde blev kulstof kendt for at være tolv gange tungere end brint; hvilket vil sige, 12 C vejer 12u, og 1 H vejer 1 u.
Hvor meget masse er en amu imidlertid virkelig? Hvordan ville det også være muligt at måle massen af sådanne små partikler? Derefter kom ideen om gramatomet og grammolekylet, som senere blev erstattet af molen. Disse enheder forbundt nemt grammet med amu som følger:
12 g 12 C = N ma
En række 12 C N-atomer, multipliceret med deres atommasse, giver en værdi numerisk identisk med den relative atommasse (12 amu). Derfor svarede 12 g 12 ° C til et gram atom; 16 g 16 O til et gram atom ilt; 16 g CH 4, et gram molekyle til methan, og så videre med andre grundstoffer eller forbindelser.
Molære masser og mol
Grammatomet og grammolekylet, snarere end enheder, bestod af henholdsvis de molære masser af atomer og molekyler.
Definitionen af en mol bliver således: den enhed, der er angivet til antallet af atomer, der er til stede i 12 g rent kulstof 12 (eller 0,012 kg). Og i mellemtiden, blev han betegnet N N A.
Avogadros antal består således formelt af antallet af atomer, der udgør sådanne 12 g carbon 12; og dens enhed er molen og dens derivater (kmol, mmol, lb-mol osv.).
Molære masser er molekylære (eller atomiske) masser udtrykt som en funktion af mol.
For eksempel den molære masse af O 2 er 32 g / mol; dvs. et mol oxygen-molekyler har en masse på 32 g, og et molekyle af O 2 har en molekylmasse på 32 u. Tilsvarende er den molære masse af H 1 g / mol: en mol H-atomer har en masse på 1 g, og et H-atom har en atommasse på 1 u.
Sådan beregnes Avogadros antal
Hvor meget er en muldvarp? Hvad er værdien af N A, således at de atomare og molekylmasser har samme numeriske værdi som molmasser? For at finde ud af det, skal følgende ligning løses:
12 g 12 C = N A ma
Men ma er 12 amu.
12 g 12 C = N A 12uma
Hvis du ved, hvor meget en amu er værd (1.667 10-24 g), kan du direkte beregne N A:
N A = (12 g / 2 · 10 -23 g)
= 5.998 10 23 atomer på 12 ° C
Er dette nummer identisk med det, der blev præsenteret i begyndelsen af artiklen? No. Mens decimaler spille mod, der er mange mere nøjagtige beregninger for at bestemme N A.
Mere nøjagtige målemetoder
Hvis definitionen af en mol, især en mol elektron og den elektriske ladning, de bærer (ca. 96.500 C / mol), tidligere er kendt, ved at kende ladningen af et individuelt elektron (1.602 × 10 −19 C), kan vi beregne N A også på denne måde:
N A = (96500 C / 1,602 × 10 −19 C)
= 6.0237203 10 23 elektroner
Denne værdi ser endnu bedre ud.
En anden måde at beregne det består af røntgenkrystallografiske teknikker ved hjælp af en 1 kg ultra-ren siliciumkugle. Til dette bruges formlen:
N A = n (V u / V m)
Hvor n er antallet af atomer til stede i enhedscellen af et siliciumkrystal (n = 8), og V u og V m er rumfanget af enheden og molære celle hhv. Ved at kende variablerne for siliciumkrystallen, kan Avogadros antal beregnes ved hjælp af denne metode.
Applikationer
Avogadros antal tillader i det væsentlige at udtrykke de abysmale mængder af elementære partikler i enkle gram, som kan måles på analytiske eller rudimentære balancer. Ikke blot dette: Hvis en atomar ejendom er ganget med N A, vil dens manifestation fås ved henvendelse til makroskopiske skalaer, synlige i verden, og med det blotte øje.
Derfor og med god grund siges dette tal at fungere som en bro mellem det mikroskopiske og det makroskopiske. Det findes ofte især i fysisk kemi, når man prøver at forbinde molekylers eller ions opførsel med den i deres fysiske faser (væske, gas eller fast stof).
Løst øvelser
Beregninger i afsnit to eksempler på øvelser med N blev adresseret til. Så fortsætter vi med at løse yderligere to.
Øvelse 1
Hvad er massen af et molekyle af H 2 O?
Hvis dets molære masse er kendt for at være 18 g / mol, da et mol H 2 O -molekyler har en masse på 18 g; men spørgsmålet henviser til et individuelt molekyle alene. For derefter at beregne dens masse anvendes konverteringsfaktorerne:
(18 g / mol H 2 O) · (mol H 2 O / 6,02 · 10 23 molekyler H 2 O) = 2,99 · 10 -23 g / molekyle H 2 O
Dvs. et molekyle af H 2 O har en masse på 2,99 · 10 -23 g.
Øvelse 2
Hvor mange atomer af dysprosiummetal (Dy) vil indeholde et stykke af det, hvis masse er 26 g?
Den atomiske masse af dysprosium er 162,5 u, svarende til 162,5 g / mol ved hjælp af Avogadros nummer. Igen fortsætter vi med konverteringsfaktorerne:
(26 g) · (mol Dy / 162,5 g) · (6,02 · 10 23 Dy atomer / mol Dy) = 9,63 · 10 22 Dy atomer
Denne værdi er 0,16 gange mindre end N A (9,63 · 10 22 / 6,02 · 10 23), og derfor stykket har 0,16 mol dysprosium (det kan også beregnes med 26/162, 5).
Referencer
- Wikipedia. (2019). Avogadro konstant. Gendannet fra: en.wikipedia.org
- Atteberry Jonathan. (2019). Hvad er Avogadros nummer? HowStuffWorks. Gendannet fra: science.howstuffworks.com
- Ryan Benoit, Michael Thai, Charlie Wang og Jacob Gomez. (2. maj 2019). Føflekken og Avogadros konstant. Kemi LibreTexts. Gendannes fra: chem.libretexts.org
- Mole Day. (sf). Historien om Avogadros nummer: 6,02 gange 10 til 23 rd. Gendannes fra: moleday.org
- Helmenstine, Anne Marie, ph.d. (06. januar 2019). Eksperimentel bestemmelse af Avogadros nummer. Gendannes fra: thoughtco.com
- Tomás Germán. (Sf). Avogadros nummer. IES Domingo Miral. Gendannes fra: iesdmjac.educa.aragon.es
- Joaquín San Frutos Fernández. (Sf). Avogadros nummer- og muldvarpskoncept. Gendannes fra: encina.pntic.mec.es
- Bernardo Herradón. (3. september 2010). Karlsruhe Kongres: 150 år. Gendannes fra: madrimasd.org
- George M. Bodner. (16. februar 2004). Hvordan blev Avogadros nummer bestemt? Videnskabelig amerikansk. Gendannes fra: scientamerican.com