- Dějiny
- Inspirace Amedeo Avogadra
- Molekulární hypotéza
- O padesát let později
- Zrození termínu
- Z čeho se skládá a jednotky
- Atom-gram a molekula-gram
- Molární hmotnosti a krtek
- Jak se vypočítává číslo Avogadra
- Přesnější metody měření
- Aplikace
- Řešená cvičení
- Cvičení 1
- Cvičení 2
- Reference
Avogadrova konstanta je ten, který udává, kolik částice zahrnují jeden mol látky. Normálně je označen symbolem N A nebo L a má mimořádnou velikost: 6,02 · 10 23, psáno vědeckým zápisem; pokud by se nepoužilo, muselo by být napsáno v plné výši: 60200000000000000000000000.
Abyste se vyhnuli a usnadnili jeho používání, je vhodné se odvolat na Avogadroovo číslo, které to nazývá krtek; toto je jméno dané jednotce odpovídající takovému množství částic (atomy, protony, neutrony, elektrony atd.). Pokud tedy tucet odpovídá 12 jednotkám, krtko zahrnuje jednotky N A, což zjednodušuje stechiometrické výpočty.
Avogadrovo číslo psané vědeckým zápisem. Zdroj: PRHaney
Matematicky nemusí být číslo Avogadra největší ze všech; ale mimo oblast vědy by její použití k označení množství jakéhokoli objektu překročilo hranice lidské představivosti.
Například, krtka tužek by zahrnovala výrobu 6,02,10 23 jednotek, čímž by Země zůstala bez rostlinných plic. Stejně jako tento hypotetický příklad, mnoho dalších oplývá, což umožňuje zahlédnout velkolepost a použitelnost tohoto čísla pro astronomické veličiny.
Pokud N A a krtek odkazují na přehnané množství něčeho, jak užitečné jsou ve vědě? Jak bylo řečeno hned na začátku: umožňují vám „počítat“ velmi malé částice, jejichž počet je neuvěřitelně obrovský i v zanedbatelném množství hmoty.
Nejmenší kapka kapaliny obsahuje miliardy částic, stejně jako nejsměšnější množství dané pevné látky, které lze zvážit na jakékoli rovnováze.
Není pouze vědecký formát, molární přijde na podporu, což ukazuje, jak moc, více nebo méně, to je látka nebo sloučenina, která má N- A. Například 1 g stříbra odpovídá asi 9,10 -3 mol; jinými slovy, téměř stotina N A (5,6 · 10 21 atomů Ag, přibližně) „obývá“ tento gram.
Dějiny
Inspirace Amedeo Avogadra
Někteří lidé věří, že počet Avogadra byl konstanta určená Lorenzem Romanem Amedeem Carlem Avogadrem z Quaregny a Cerreta, lépe známým jako Amedeo Avogadro; Nicméně, tento vědec, právník, který je věnován studiu vlastností plynů, a inspirovaný prací Dalton a Gay-Lussac nebyl který představil N A.
Od Daltona se Amadeo Avogadro dozvěděl, že masy plynů se kombinují nebo reagují ve stálých proporcích. Například, množství vodíku reaguje úplně s osmkrát větší hmotou kyslíku; když tento podíl nebyl splněn, jeden ze dvou plynů zůstal v přebytku.
Na druhé straně od Gay-Lussac zjistil, že objemy plynů reagují v pevném vztahu. Tak dva objemy vodíku reagují s jedním kyslíkem za vzniku dvou objemů vody (ve formě páry, vzhledem k generovaným vysokým teplotám).
Molekulární hypotéza
V 1811 Avogadro zúžil jeho nápady formulovat jeho molekulární hypotézu, ve kterém vysvětlil, že vzdálenost, která odděluje plynné molekuly, je konstantní, dokud se tlak a teplota nezmění. Tato vzdálenost pak definuje objem, který může plyn zabírat v nádobě s rozpínatelnými bariérami (například balónem).
Tedy, vzhledem k hmotnosti plynu A, ma A a hmotnosti plynu B, m B, ma A m B budou mít stejný objem za normálních podmínek (T = 0 ° C a P = 1 atm), pokud oba ideální plyny mají stejný počet molekul; toto byla hypotéza dnešního zákona o Avogadru.
Z jeho pozorování také usoudil, že vztah mezi hustotami plynů, opět A a B, je stejný jako vztah jejich relativních molekulárních hmot (ρ A / ρ B = M A / M B).
Jeho největším úspěchem bylo zavedení pojmu „molekula“, jak je známo dnes. Avogadro považovalo vodík, kyslík a vodu za molekuly a ne za atomy.
O padesát let později
Myšlenka na jeho diatomické molekuly se setkala se silnou rezistencí mezi chemiky v 19. století. Ačkoli Amadeo Avogadro vyučoval fyziku na univerzitě v Turíně, jeho práce nebyla příliš dobře přijata a pod stínem experimentů a pozorování od renomovaných chemiků byla jeho hypotéza pohřbena na padesát let.
Dokonce ani příspěvek známého vědce André Ampereho, který podporoval Avogadrovu hypotézu, nestačil, aby ji chemici vážně zvážili.
Teprve kongres v Karlsruhe v Německu v roce 1860 zachránil mladý italský chemik Stanislao Cannizzaro záchranu Avogadroovy práce v reakci na chaos kvůli nedostatku spolehlivých a pevných atomových hmot a chemických rovnic.
Zrození termínu
To, co se nazývá „Avogadrovo číslo“, představil francouzský fyzik Jean Baptiste Perrin téměř o sto let později. Z jeho práce o Brownově pohybu určil aproximaci N A.
Z čeho se skládá a jednotky
Atom-gram a molekula-gram
Avogadro číslo a krtek jsou příbuzní; druhý však existoval před prvním.
Znala relativní hmotnosti atomů a atomová hmotnostní jednotka (amu) byla zavedena jako jedna dvanáctina atomu izotopu uhlíku 12; zhruba hmotnost protonu nebo neutronu. Tímto způsobem bylo známo, že uhlík je dvanáctkrát těžší než vodík; to znamená, že 12 C váží 12u a 1 H váží 1 u.
Kolik hmoty se však jeden amu opravdu rovná? Jak by bylo možné měřit hmotnost takových malých částic? Pak přišla myšlenka na gram-atom a gram-molekulu, které byly později nahrazeny krtek. Tyto jednotky pohodlně spojily gram s amu takto:
12 g 12 C = N ma
Počet 12 atomů dusíku, násobený jejich atomovou hmotností, dává hodnotu numericky shodnou s relativní atomovou hmotností (12 amu). Proto se 12 g 12 C rovná jednomu gramovému atomu; 16 g 16 O, na jeden gram atomu kyslíku; 16 g CH 4 byl jeden gram molekula methanu, a tak dále s jinými prvky nebo sloučeninami.
Molární hmotnosti a krtek
Gramový atom a gram-molekula spíše než jednotky sestávaly z molárních hmot atomů a molekul.
Definice krtka se tak stává: jednotkou určenou pro počet atomů přítomných ve 12 g čistého uhlíku 12 (nebo 0,012 kg). A mezitím se stal označil n n A.
Avogadrovo číslo tedy formálně sestává z počtu atomů, které tvoří takových 12 g uhlíku 12; a jeho jednotka je krtek a jeho deriváty (kmol, mmol, lb-mol atd.).
Molární hmotnosti jsou molekulární (nebo atomové) hmotnosti vyjádřené jako funkce molů.
Například molární hmotnost O 2, je 32 g / mol; to znamená, že jeden mol molekul kyslíku má hmotnost 32 g, a molekula O 2, 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 vypočítává číslo Avogadra
Kolik je krtek? Jaká je hodnota N A, takže atomová a molekulová hmotnost mají stejnou číselnou hodnotu jako molární hmotnosti? Chcete-li zjistit, je třeba vyřešit následující rovnici:
12 g 12 C = N A ma
Ale ma je 12 amu.
12 g 12 C = N A 12uma
Pokud víte, kolik stojí amu (1 667 10 - 24 g), můžete přímo vypočítat N A:
N A = (12 g / 2,10 - 23 g)
= 5,998 10 23 atomů 12 ° C
Je toto číslo totožné s číslem uvedeným na začátku článku? Ne. I když desetinná hrát proti, tam jsou mnohem více přesné výpočty pro určení N A.
Přesnější metody měření
Pokud již znáte definici krtka, zejména krtka elektronů a elektrický náboj, který nesou (přibližně 96 500 C / mol), znáte náboj jednotlivého elektronu (1 602 × 10 −19 C), můžete vypočítat N A také tímto způsobem:
N A = (96500 C / 1,602 × 10 −19 ° C)
= 6,0237203 10 23 elektronů
Tato hodnota vypadá ještě lépe.
Další způsob výpočtu spočívá v rentgenových krystalografických technikách, které používají 1 kg ultračistou křemíkovou kouli. K tomu se používá vzorec:
N A = n (V u / V m)
Kde n je počet atomů prezentovat v jednotkové buňce krystalu křemíku (n = 8), a V u a V m jsou objemy jednotky a molární buňky, v daném pořadí. Znát proměnné pro křemík krystal, Avogadroovo číslo může být vypočítáno touto metodou.
Aplikace
Avogadroovo číslo v podstatě umožňuje vyjádřit propastné množství elementárních částic v jednoduchých gramech, které lze měřit na analytických nebo základních rovnováhách. Nejen toto: pokud je atomová vlastnost násobena N A, její projev bude získán v makroskopických měřítcích, viditelných ve světě a pouhým okem.
Z tohoto důvodu a z dobrého důvodu se uvádí, že toto číslo funguje jako most mezi mikroskopickými a makroskopickými. Často se vyskytuje zejména ve fyzikální chemii, když se snaží spojit chování molekul nebo iontů s chováním jejich fyzických fází (kapalina, plyn nebo pevná látka).
Řešená cvičení
Výpočty v sekci dva příklady cvičení s využitím N byly určeny pro. Poté přistoupíme k vyřešení dalších dvou.
Cvičení 1
Jaká je hmotnost molekuly H 2 O?
Pokud je jeho molekulová hmotnost je známo, že 18 g / mol, a pak jeden mol H 2 O molekul má hmotnost 18 gramů; ale otázka se týká samotné molekuly. Pro výpočet jeho hmotnosti se používají převodní faktory:
(18 g / mol H 2 O) · (mol H 2 O / 6,02 · 10 23 molekuly H 2 O) = 2,99 x 10 -23 g / molekula H 2 O
To znamená, že molekula H 2 O má hmotnost 2,99 · 10 -23 g.
Cvičení 2
Kolik atomů kovového dysprosia (Dy) bude obsahovat jeho část, jejíž hmotnost je 26 g?
Atomová hmotnost dysprosia je 162,5 u, rovná se 162,5 g / mol s použitím Avogadroova čísla. Opět pokračujeme s konverzními faktory:
(26 g) · (mol Dy / 162,5 g) · (6,02,10 23 atomů Dy / mol Dy) = 9,63 · 10 22 atomů Dy
Tato hodnota je 0,16 krát menší než N A (9,63 x 10 22 / 6,02 x 10 23), a proto uvedený kus má 0,16 molů dysprosium (to může být také počítáno s 26/162, 5).
Reference
- Wikipedia. (2019). Avogadroova konstanta. Obnoveno z: en.wikipedia.org
- Atteberry Jonathan. (2019). Jaké je Avogadro číslo? Jak věci fungují. Obnoveno z: science.howstuffworks.com
- Ryan Benoit, Michael Thai, Charlie Wang a Jacob Gomez. (2. května 2019). Krtek a Avogadro's Constant. Chemie LibreTexts. Obnoveno z: chem.libretexts.org
- Krtek den. (sf). Historie Avogadro číslo: 6,02 krát 10 do 23 rd. Obnoveno z: moleday.org
- Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (6. ledna 2019). Experimentální stanovení Avogadroova čísla. Obnoveno z: thinkco.com
- Tomás Germán. (sf). Avogadrovo číslo. IES Domingo Miral. Obnoveno z: iesdmjac.educa.aragon.es
- Joaquín San Frutos Fernández. (sf). Avogadro je číslo a krtek koncept. Obnoveno z: encina.pntic.mec.es
- Bernardo Herradón. (3. září 2010). Kongres v Karlsruhe: 150 let. Obnoveno z: madrimasd.org
- George M. Bodner. (16. února 2004). Jak bylo určeno číslo Avogadra? Vědecký Američan. Obnoveno z: scientificamerican.com