- Historia
- Inspirations of Amedeo Avogadro
- Molekyylihypoteesi
- Viisikymmentä vuotta myöhemmin
- Termin synty
- Mistä se koostuu ja yksiköt
- Atomigramma ja molekyyligramma
- Moolimassat ja mooli
- Kuinka Avogadro-luku lasketaan
- Tarkempia mittausmenetelmiä
- Sovellukset
- Ratkaistuja harjoituksia
- Harjoitus 1
- Harjoitus 2
- Viitteet
Avogadron numero on yksi, joka ilmaisee, kuinka monta hiukkaset käsittävät yhden moolin asia. Se on yleensä merkitty symbolilla N A tai L, ja sen poikkeuksellinen suuruus on: 6,02 · 10 23, kirjoitettu tieteellisellä merkinnällä; jos sitä ei käytetä, se olisi kirjoitettava kokonaisuudessaan: 602000000000000000000000.
Sen käytön välttämiseksi ja helpottamiseksi on kätevää viitata Avogarron numeroon, joka kutsuu sitä mooliksi; tämä on yksikölle annettu nimi, joka vastaa tällaista hiukkasten määrää (atomit, protonit, neutronit, elektronit jne.). Näin ollen, jos kymmenkunta vastaa 12 yksikköä, luomen käsittää N yksikköä, yksinkertaistaa stoikiometrinen laskelmat.
Avogadro-luku on kirjoitettu tieteellisessä merkinnässä. Lähde: PRHaney
Matemaattisesti Avogadro-luku ei ehkä ole suurin kaikista; mutta tieteen valtakunnan ulkopuolella, sen käyttäminen minkä tahansa esineen määrän ilmoittamiseen ylittäisi ihmisen mielikuvituksen rajat.
Esimerkiksi lyijykynien mooli merkitsisi 6,02 · 10 23 yksikön valmistamista, mikä jättäisi maan ilman prosessissa kasvien keuhkoja. Kuten tämä hypoteettinen esimerkki, monissa muissakin on runsaasti, mikä antaa mahdollisuuden vilkaista tämän luvun loistoa ja soveltuvuutta tähtitieteellisiin suuruuksiin.
Jos N A ja mooli viittaavat kohtuuttomiin määriin mitään, kuinka hyödyllisiä ne ovat tieteessä? Kuten heti alussa sanottiin: niiden avulla voit "laskea" hyvin pieniä hiukkasia, joiden lukumäärä on uskomattoman suuri jopa merkityksettömissä määrissä ainetta.
Pienin nestepisara sisältää miljardeja hiukkasia, samoin kuin naurettavin määrä tiettyä kiinteää ainetta, joka voidaan punnita mihin tahansa tasapainoon.
Jos ei käytetä tieteellistä merkintää, mooli tulee tueksi osoittaen kuinka paljon, enemmän tai vähemmän se on ainetta tai yhdistettä N A: ksi. Esimerkiksi 1 g hopeaa vastaa noin 9,10-3 mol; toisin sanoen melkein sataosa N A: sta (noin 5,6 · 10 21 Ag-atomia) ”asuu” grammassa.
Historia
Inspirations of Amedeo Avogadro
Jotkut ihmiset uskovat Avogadro-luvun olevan vakio, jonka määritteli Lorenzo Romano Amedeo Carlo Avogadro Quaregnasta ja Cerretosta, tunnetaan paremmin nimellä Amedeo Avogadro; Kuitenkin tämä tiedemies-asianajajan, omistettu opiskelu ominaisuuksien kaasujen ja innoittamana työtä Dalton ja Gay-Lussac ollut joka esitteli N.
Daltonista Amadeo Avogadro oppi, että kaasumäärät yhdistyvät tai reagoivat vakioosuuksissa. Esimerkiksi vetymassa reagoi täysin kahdeksan kertaa suuremman happimassan kanssa; kun tätä osuutta ei täytetty, toinen kahdesta kaasusta pysyi yli.
Toisaalta Gay-Lussacista hän oppi, että kaasumäärät reagoivat kiinteässä suhteessa. Siten kaksi tilavuusosaa vetyä reagoi yhden hapen kanssa tuottaen kaksi tilavuusosaa vettä (höyryn muodossa, ottaen huomioon muodostuneet korkeat lämpötilat).
Molekyylihypoteesi
Vuonna 1811 Avogadro tiivisti ideoitaan formuloidakseen molekyylipoteesin, jossa hän selitti, että etäisyys, joka erottaa kaasumaiset molekyylit, on vakio niin kauan kuin paine ja lämpötila eivät muutu. Tämä etäisyys määrittelee sitten tilavuuden, jonka kaasu voi viettää säiliössä, jossa on laajennettavat esteet (esimerkiksi ilmapallo).
Niinpä annetulla kaasun A, m A ja kaasun massalla B, m B, m A ja m B on sama tilavuus normaaleissa olosuhteissa (T = 0 ° C ja P = 1 atm), jos molemmilla ihanteellisilla kaasuilla on sama määrä molekyylejä; tämä oli Avogadro: n hypoteesi, nykyään laki.
Havainnoistaan hän päätteli myös, että kaasujen, jälleen A: n ja B: n, tiheys on sama kuin niiden suhteellisten molekyylimassien (ρ A / ρ B = M A / M B).
Hänen suurin menestys oli esitellä termi "molekyyli" sellaisena kuin se nykyään tunnetaan. Avogadro-käsitelty vety, happi ja vesi molekyyleinä eikä atomina.
Viisikymmentä vuotta myöhemmin
Ajatus sen piimaanneista molekyyleistä tapasi voimakkaan kemikaalien keskuudessa 1800-luvulla. Vaikka Amadeo Avogadro opetti fysiikkaa Torinon yliopistossa, hänen työnsä ei ollut kovin hyvin hyväksytty, ja kuuluisampien kemistien kokeilujen ja havaintojen varjossa hänen hypoteesiaan haudattiin viidenkymmenen vuoden ajaksi.
Jopa tunnetun tutkijan André Amperen, joka tuki Avogadro-hypoteesia, panos ei ollut riittävä, jotta kemistit harkitsisivat sitä vakavasti.
Vasta Karlsruhen kongressissa, Saksassa vuonna 1860, nuori italialainen kemisti Stanislao Cannizzaro pelasti Avogadro-työn vastauksena kaaokseen luotettavien ja kiinteiden atomimassojen ja kemiallisten yhtälöiden puutteen vuoksi.
Termin synty
Ranskan fyysikko Jean Baptiste Perrin esitteli niin sanotun Avogadro-luvun lähes sata vuotta myöhemmin. Hän määritteli arvioinnin N A eri menetelmien avulla hänen työstään Brownian liikettä.
Mistä se koostuu ja yksiköt
Atomigramma ja molekyyligramma
Avogarron luku ja mooli ovat toisiinsa liittyviä; toinen oli kuitenkin olemassa ennen ensimmäistä.
Tietäen atomien suhteelliset massat, atomimassayksikkö (amu) lisättiin yhtenä kahdestoistaosana hiili-12-isotooppiatomia; suunnilleen protonin tai neutronin massa. Tällä tavalla hiilen tiedettiin olevan kaksitoista kertaa raskaampi kuin vety; toisin sanoen 12 C painaa 12u ja 1 H painaa 1 u.
Kuinka paljon massaa yksi amu todella vastaa? Lisäksi kuinka olisi mahdollista mitata tällaisten pienten hiukkasten massa? Sitten tuli idea gram-atomista ja grammolekyylistä, jotka myöhemmin korvattiin moolilla. Nämä yksiköt yhdistivät gramman sopivasti amuun seuraavasti:
12 g 12 C = N ma
Määrä 12 CN-atomia, kerrottuna niiden atomimassalla, antaa arvon, joka on numeerisesti identtinen suhteellisen atomimassan (12 amu) kanssa. Siksi 12 g 12 C: ta vastasi yhtä grammaa atomia; 16 g 16 O: ta gramman happiatomille; 16 g CH 4, yksi gramma molekyyli metaanin, ja niin edelleen muihin elementteihin tai yhdisteisiin.
Moolimassat ja mooli
Gram-atomi ja grammolekyyli, pikemminkin kuin yksiköt, koostuivat vastaavasti atomien ja molekyylien moolimassoista.
Siksi moolin määritelmästä tulee yksikkö, joka on osoitettu 12 grammassa puhtaassa hiilessä 12 (tai 0,012 kg) olevien atomien lukumäärälle. Ja samalla hänestä tuli merkitään N N.
Siten Avogadro-luku koostuu muodollisesti atomien lukumäärästä, jotka muodostavat sellaisen 12 g hiiltä 12; ja sen yksikkö on mooli ja sen johdannaiset (kmol, mmol, lb-mooli jne.).
Molaarimassat ovat molekyylimassoja (tai atomia), jotka ilmaistaan moolien funktiona.
Esimerkiksi, moolimassa O 2 on 32g / mol; eli mooli happea molekyylien massa on 32 g, ja molekyylin O 2 on molekyylimassa 32 u. Samoin H: n moolimassa on 1 g / mol: yhden moolin H-atomien massa on 1 g ja yhden H-atomin atomimassa on 1 u.
Kuinka Avogadro-luku lasketaan
Kuinka paljon moli on? Mikä on N A: n arvo, jotta atomi- ja molekyylimassoilla on sama numeerinen arvo kuin moolimassoilla? Seuraava yhtälö on selvitettävä:
12 g 12 C = N A ma
Mutta ma on 12 amu.
12 g 12 C = N A 12uma
Jos tiedät kuinka paljon amu on arvoinen (1 667 10–24 g), voit laskea suoraan A:
N = (12g / 2 · 10 -23 g)
= 5 998 10 23 atomia 12 ° C: ssa
Onko tämä luku identtinen artikkelin alussa esitetyn kanssa? O Vaikka desimaalia pelata vastaan, on olemassa paljon tarkempia laskelmia määrittää N.
Tarkempia mittausmenetelmiä
Jos moolin, etenkin elektronimoolin ja niiden kantaman sähkövarauksen (noin 96 500 C / mooli) määritelmä tiedetään aiemmin, tietäen yksittäisen elektronin varauksen (1 602 × 10 −19 C), voimme laske N A myös tällä tavalla:
N A = (96500 C / 1,602 × 10 - 19 C)
= 6,0237203 10 23 elektronia
Tämä arvo näyttää vielä paremmalta.
Toinen tapa laskea se koostuu röntgenkristallografisista tekniikoista, joissa käytetään 1 kg: n erittäin puhdasta piipalloa. Tätä varten käytetään kaavaa:
N A = n (V u / V m)
Missä n on piikiteen yksikkökennossa läsnä olevien atomien lukumäärä (n = 8), ja V u ja V m ovat vastaavasti yksikön ja moolikennon tilavuudet. Tietäen piidikidemuuttujat, Avogadro-luku voidaan laskea tällä menetelmällä.
Sovellukset
Avogarron luku sallii pohjimmiltaan ilmaista alkuainehiukkasten epämääräiset määrät yksinkertaisina grammoina, jotka voidaan mitata analyyttisillä tai alkeellisilla vaa'oilla. Ei vain tämä: jos atomiominaisuus kerrotaan N A: lla, sen ilmentyminen saadaan makroskooppisissa mittakaavoissa, näkyvissä maailmassa ja paljain silmin.
Siksi, ja hyvästä syystä, tämän luvun sanotaan toimivan sillana mikroskooppisen ja makroskooppisen välillä. Sitä esiintyy usein erityisesti fysikakemiassa, kun yritetään yhdistää molekyylien tai ionien käyttäytyminen niiden fysikaalisten vaiheiden (neste, kaasu tai kiinteä) käyttäytymiseen.
Ratkaistuja harjoituksia
Laskelmat osassa kaksi esimerkkiä harjoituksia N oli osoitettu kohteeseen. Sitten jatkamme ratkaisemaan kaksi uutta.
Harjoitus 1
Mikä on H 2 O- molekyylin massa ?
Jos sen moolimassa on tunnetusti 18 g / mol, niin yksi mooli H 2 O -molekyylien massa on 18 g; mutta kysymys viittaa yksittäiseen molekyyliin, yksinään. Sen massan laskemiseksi käytetään muuntokertoimia:
(18 g / mol H 2 O) · (mol H 2 O / 6,02 · 10 23 -molekyylien H 2 O) = 2,99 · 10 -23 g / molekyyli H 2 O
Että on molekyyli, H 2 O massa on 2,99 · 10 -23 g.
Harjoitus 2
Kuinka monta dysprosiummetallin (Dy) atomia sisältää sen kappaleen, jonka massa on 26 g?
Dysprosiumin atomimassa on 162,5 u, mikä vastaa 162,5 g / mol käyttäen Avogadro-lukua. Jatkamme jälleen muuntokertoimia:
(26 g) · (mol Dy / 162,5 g) · (6,02 · 10 23 Dy-atomia / mol Dy) = 9,63 · 10 22 Dy-atomia
Tämä arvo on 0,16 kertaa pienempi kuin N A (9,63 · 10 22 / 6,02 · 10 23), ja siksi mainitussa kappaleessa on 0,16 moolia dysprosiumia (se voidaan myös laskea 26/162: lla), 5).
Viitteet
- Wikipedia. (2019). Avogadro-vakio. Palautettu osoitteesta: en.wikipedia.org
- Atteberry Jonathan. (2019). Mikä on Avogadro-numero? HowStuffWorks. Palautettu osoitteesta: science.howstuffworks.com
- Ryan Benoit, Michael Thai, Charlie Wang ja Jacob Gomez. (2. toukokuuta 2019). Moli ja Avogadro-vakio. Kemia LibreTexts. Palautettu osoitteesta: chem.libretexts.org
- Moolipäivä. (SF). Avogadro-luvun historia: 6,02 kertaa 10–23. Palautettu osoitteesta: moleday.org
- Helmenstine, tohtori Anne Marie (6. tammikuuta 2019). Avogadro-luvun kokeellinen määritys. Palautettu osoitteesta: gondo.com
- Tomás Germán. (SF). Avogadro-numero. IES Domingo Miral. Palautettu osoitteesta: iesdmjac.educa.aragon.es
- Joaquín San Frutos Fernández. (SF). Avogarron luku- ja moolikäsite. Palautettu osoitteesta: encina.pntic.mec.es
- Bernardo Herradón. (3. syyskuuta 2010). Karlsruhen kongressi: 150 vuotta. Palautettu osoitteesta: madrimasd.org
- George M. Bodner. (16. helmikuuta 2004). Kuinka Avogadro-numero määritettiin? Tieteellinen amerikkalainen. Palautettu osoitteesta: Scientificamerican.com