Како да се најде постојан авогадро. Број на Авогадро: интересна информација

Законот на Авогадро бил формулиран од италијанскиот хемичар Амадео Авогадро во 1811 година и бил од големо значење за развојот на хемијата во тоа време. Сепак, и денес не ја изгуби својата важност и значење. Ајде да се обидеме да го формулираме законот на Авогадро, ќе звучи вака.

Формулирање на законот на Авогадро

Значи, законот на Авогадро вели дека на исти температури и во еднакви волумени на гасови, ќе биде содржан ист број на молекули, без оглед на нивната хемиска природа и физички својства. Овој број е одредена физичка константа, еднаква на бројот на молекули, јони содржани во еден мол.

Во почетокот, законот на Авогадро беше само хипотеза на научниците, но подоцна оваа хипотеза беше потврдена со голем број експерименти, по што влезе во науката под името „Законот на Авогадро“, кој беше предодреден да стане основен закон за идеални гасови.

Формула на законот на Авогадро

Самиот откривач на законот верувал дека физичката константа е голема количина, но не знаел која. Веќе по неговата смрт, во текот на бројни експерименти, беше утврден точниот број на атоми содржани во 12 g јаглерод (имено, 12 g е единицата за атомска маса на јаглерод) или во моларен волумен на гас еднаков на 22,41 литри. Оваа константа е наречена „Авогадров број“ во чест на научникот, таа е означена како NA, поретко L и е еднаква на 6,022*10 23 . Со други зборови, бројот на молекули на кој било гас во волумен од 22,41 литри ќе биде ист и за лесни и за тешки гасови.

Математичката формула за законот на Авогадро може да се напише на следниов начин:

Каде, V е волуменот на гасот; n е количината на супстанцијата, што е односот на масата на супстанцијата со нејзината моларна маса; VM е константа на пропорционалност или моларен волумен.

Примена на законот на Авогадро

Понатамошната практична примена на законот на Авогадро во голема мера им помогна на хемичарите да ги одредат хемиските формули на многу соединенија.

Извонредната работа на Перин, која одигра исклучителна улога во воспоставувањето на молекуларните концепти, е поврзана со употребата на барометриската формула добиена погоре. Главната идеја на експериментите на Перин се сведуваше на претпоставката дека законите на молекуларната кинетичка теорија го одредуваат однесувањето не само на атомите и молекулите, туку и на многу поголеми честички, кои се состојат од многу илјадници молекули. Врз основа на многу општи размислувања, кои нема да бидат разгледани овде, може да се претпостави дека просечните кинетички енергии на многу мали честички кои вршат Браунов движење во течност се совпаѓаат со просечната кинетичка енергија на молекулите на гасот, под услов температурата на течноста а температурата на гасот се исти. Слично на тоа, висинската распределба на честичките суспендирани во течност го почитува истиот закон како и висинската дистрибуција на молекулите на гасот. Ваквиот заклучок е многу важен, бидејќи врз основа на него е можна квантитативна верификација на законот за дистрибуција. Проверката може да се изврши со директно броење на бројот на суспендирани честички во течноста на различни висини со помош на микроскоп.

Равенка (36) за распределба на висината на честичките

погодно е во овој случај да се преработи, делејќи го броителот и именителот на дропот од десната страна на равенката со бројот Авогадро

Треба да се забележи дека односот - одговара на масата на честичката и односот е еднаков на просечната кинетичка енергија на честичката [спореди равенката (28)]. Воведувајќи ги овие ознаки, добиваме:

Ако сега емпириски го одредиме бројот на честички кои одговараат на две различни вредности, тогаш ќе биде можно да се напише:

Одземајќи ја втората равенка од првата равенка, наоѓаме:

Од оваа врска може да се утврди дали е позната само масата на честичката

И покрај едноставноста и јасноста на главната идеја, експериментите на Перин беа поврзани со надминување на големи тешкотии. Како предмет на проучување, тој избрал водени емулзии од мастика и гума за џвакање, кои биле подложени на центрифугирање за да се добијат емулзии составени од зрна со иста големина. Големината на зрната, кои се сметаа за топчиња, беше одредена од брзината на нивното таложење. Беше невозможно да се следи движењето на поединечно зрно, и затоа беше забележана стапката на таложење на горната граница на емулзијата, т.е. просечната стапка на таложење на многу илјади зрна. Знаејќи ја густината на емулзираната супстанција и одредувајќи ја големината на зрната на емулзијата, беше можно да се пресметаат нивните маси. Потоа, неопходно беше да се одредат бројките.За таа цел, Перин залепи второ стакло со дупчена тркалезна дупка на стаклен тобоган за микроскопски набљудувања, така што беше формирана цилиндрична проѕирна кивета. Со ставање капка емулзија во кивет и затворање на киветата со капак за да се спречи испарување, беше можно да се набљудуваат зрната емулзија со микроскоп. Ако користите леќа со мала длабочина на поле, тогаш во микроскопот ќе бидат видливи само зрна лоцирани во многу тенок слој течност. Во пракса, во овие експерименти може да се избројат само мал број зрна, бидејќи нивниот број постојано се менува. За да се надмине оваа тешкотија во фокусот

во рамнината на окуларот беше поставен непроѕирен екран со мала тркалезна дупка. Поради ова, видното поле на микроскопот беше значително намалено, а набљудувачот веднаш можеше да утврди колку зрна во моментот има во видното поле (сл. 12).

Со повторување на ваквите набљудувања во редовни интервали, запишување на набљудуваниот број на зрна и просечно мерење на добиените податоци, Перин покажа дека просечниот број на зрна на дадено ниво се стреми кон одредена дефинитивна граница што одговара на густината на емулзијата на тоа ниво. За да се илустрира сложеноста на овие експерименти, може да се истакне дека за да се добие точен резултат, потребно е да се направат неколку илјади мерења.

Ориз. 12. Распределба на зрна од емулзија.

Откако ја одреди густината на емулзијата на одредено ниво со саканиот степен на точност, Перин го помести микроскопот во вертикална насока и ја измери густината на емулзијата на второто ниво. Внимателно извршените мерења покажаа дека распределбата на зрната на емулзијата во висина ја почитува барометриската формула (равенка 37).

Законот на Авогадро во хемијата помага да се пресметаат волуменот, моларната маса, количината на гасовита супстанција и релативната густина на гасот. Хипотезата беше формулирана од Амедео Авогадро во 1811 година и подоцна беше потврдена експериментално.

Закон

Џозеф Геј-Лусак бил првиот што ги проучувал реакциите на гасовите во 1808 година. Тој ги формулираше законите за термичко проширување на гасовите и волуметриските соодноси, добивајќи од водород хлорид и амонијак (два гаса) кристална супстанција - NH 4 Cl (амониум хлорид). Се испостави дека за да се создаде, неопходно е да се земат истите волумени на гасови. Покрај тоа, ако еден гас беше во вишок, тогаш „дополнителниот“ дел по реакцијата остана неискористен.

Малку подоцна, Авогадро го формулирал заклучокот дека при исти температури и притисоци, еднакви волумени на гасови содржат ист број на молекули. Во овој случај, гасовите можат да имаат различни хемиски и физички својства.

Ориз. 1. Амедео Авогадро.

Две последици следат од законот на Авогадро:

прво - еден мол гас под еднакви услови зафаќа ист волумен;
второ - односот на масите на еднакви волумени на два гаса е еднаков на односот на нивните моларни маси и ја изразува релативната густина на еден гас во однос на друг (означен со D).

Нормални услови (n.s.) се притисок P=101,3 kPa (1 atm) и температура T=273 K (0°C). Во нормални услови, моларниот волумен на гасови (волуменот на супстанцијата до неговата количина) е 22,4 l / mol, т.е. 1 мол гас (6,02 ∙ 10 23 молекули - константен број на Авогадро) зафаќа волумен од 22,4 литри. Моларниот волумен (V m) е константна вредност.

Ориз. 2. Нормални услови.

Решавање на проблем

Главното значење на законот е способноста да се вршат хемиски пресметки. Врз основа на првата последица на законот, можете да ја пресметате количината на гасовита материја преку волуменот користејќи ја формулата:

каде V е волуменот на гасот, V m е моларниот волумен, n е количината на супстанцијата, измерена во молови.

Вториот заклучок од законот на Авогадро се однесува на пресметувањето на релативната густина на гасот (ρ). Густината се пресметува со помош на формулата m/V. Ако земеме 1 мол гас, тогаш формулата за густина ќе изгледа вака:

ρ (гас) = M/V m,

каде што М е масата на еден мол, т.е. моларна маса.

За да се пресмета густината на еден гас од друг гас, потребно е да се знае густината на гасовите. Општата формула за релативната густина на гасот е како што следува:

D(y)x = ρ(x) / ρ(y),

каде ρ(x) е густината на еден гас, ρ(y) е густината на вториот гас.

Ако ја замениме пресметката на густината во формулата, добиваме:

D (y) x \u003d M (x) / V m / M (y) / V m.

Моларниот волумен се намалува и останува

D(y)x = M(x) / M(y).

Размислете за практичната примена на законот на примерот на два проблема:

Колку литри CO 2 ќе се добијат од 6 mol MgCO 3 при реакција на распаѓање на MgCO 3 во магнезиум оксид и јаглерод диоксид (n.o.)?
Која е релативната густина на CO 2 за водород и за воздух?

Прво да го решиме првиот проблем.

n(MgCO 3) = 6 mol

MgCO 3 \u003d MgO + CO 2

Количината на магнезиум карбонат и јаглерод диоксид е иста (по една молекула), затоа n (CO 2) \u003d n (MgCO 3) \u003d 6 mol. Од формулата n \u003d V / V m, можете да ја пресметате јачината на звукот:

V = nV m, т.е. V (CO 2) \u003d n (CO 2) ∙ V m \u003d 6 mol ∙ 22,4 l / mol \u003d 134,4 l

Одговор: V (CO 2) \u003d 134,4 l

Решение на вториот проблем:

D (H2) CO 2 \u003d M (CO 2) / M (H 2) \u003d 44 g / mol / 2 g / mol \u003d 22;
D (воздух) CO 2 \u003d M (CO 2) / M (воздух) \u003d 44 g / mol / 29 g / mol \u003d 1,52.

Ориз. 3. Формули за количината на супстанцијата по волумен и релативна густина.

Формулите на законот на Авогадро функционираат само за гасовити материи. Тие не се однесуваат на течности и цврсти материи.

Што научивме?

Според формулацијата на законот, еднакви волумени на гасови под исти услови содржат ист број на молекули. Во нормални услови (n.c.), вредноста на моларниот волумен е константна, т.е. V m за гасови е секогаш 22,4 l/mol. Од законот произлегува дека ист број на молекули на различни гасови во нормални услови зафаќаат ист волумен, како и релативната густина на еден гас во друг - односот на моларната маса на еден гас до моларната маса на вториот гас.

Тема квиз

Извештај за евалуација

Просечна оцена: четири. Вкупно добиени оценки: 91.

Италијанскиот научник Амедео Авогадро, современик на А. Познавањето на овој број го отвора патот за проценка на големината на атомите (молекулите). За време на животот на Авогадро, неговата хипотеза не доби соодветно признание. Историјата на бројот Авогадро е тема на новата книга на Евгениј Залманович Меилихов, професор на Московскиот институт за физика и технологија, главен истражувач во Националниот истражувачки центар „Институт Курчатов“.

Ако, како резултат на некоја светска катастрофа, сето акумулирано знаење би било уништено и само една фраза би дошла до идните генерации живи суштества, тогаш која изјава, составена од најмал број зборови, би донела најмногу информации? Верувам дека ова е атомската хипотеза:<...>сите тела се составени од атоми - мали тела кои се во постојано движење.

Р. Фејнман, „Предавањата на Фајнман за физика“

Бројот на Авогадро (Авогадроова константа, Авогадроова константа) е дефиниран како број на атоми во 12 грама од чистиот изотоп јаглерод-12 (12 C). Обично се означува како НА, поретко Л. Вредноста на бројот на Авогадро препорачана од CODATA (работна група за фундаментални константи) во 2015 година: Н A = 6,02214082(11) 1023 mol -1. Крт е количината на супстанцијата што ја содржи НСтруктурни елементи (односно, онолку елементи колку што има атоми во 12 g 12 C), а структурните елементи обично се атоми, молекули, јони итн. По дефиниција, единицата за атомска маса (аму) е 1/12 од маса на атом од 12 C. Еден мол (грам-мол) од супстанцијата има маса (моларна маса) која, кога се изразува во грами, бројно е еднаква на молекуларната тежина на таа супстанција (изразена во единици на атомска маса). На пример: 1 mol натриум има маса од 22,9898 g и содржи (приближно) 6,02 10 23 атоми, 1 mol калциум флуорид CaF 2 има маса од (40,08 + 2 18,998) = 78,076 g и содржи приближно 6. 02 10 23 молекули.

На крајот на 2011 година, на XXIV Генерална конференција за тежини и мерки, едногласно беше усвоен предлог за дефинирање на кртот во идната верзија на Меѓународниот систем на единици (SI) на таков начин што ќе се избегне неговата поврзаност со дефиницијата од грамот. Се претпоставува дека во 2018 година кртот ќе се определи директно со бројот на Авогадро, на кој ќе му се додели точна (без грешка) вредност врз основа на резултатите од мерењето препорачани од CODATA. Досега, бројот на Авогадро не е прифатен по дефиниција, туку измерена вредност.

Оваа константа е именувана по познатиот италијански хемичар Амедео Авогадро (1776–1856), кој иако самиот не ја знаел оваа бројка, разбрал дека тоа е многу голема вредност. Во зората на развојот на атомската теорија, Авогадро изнесе хипотеза (1811), според која, при иста температура и притисок, еднакви волумени на идеални гасови содржат ист број на молекули. Оваа хипотеза подоцна се покажа дека е последица на кинетичката теорија на гасовите, а сега е позната како Авогадров закон. Може да се формулира на следниов начин: еден мол од кој било гас на иста температура и притисок зафаќа ист волумен, во нормални услови еднакви на 22,41383 литри (нормалните услови одговараат на притисокот П 0 = 1 атм и температура Т 0 = 273,15 К). Оваа количина е позната како моларен волумен на гасот.

Првиот обид да се најде бројот на молекули кои зафаќаат даден волумен бил направен во 1865 година од Ј. Лошмит. Од неговите пресметки произлегува дека бројот на молекули по единица волумен на воздух е 1,8 10 18 cm −3, што, како што се испостави, е околу 15 пати помало од точната вредност. Осум години подоцна, Џ. Максвел даде проценка многу поблиска до вистината - 1,9 · 10 19 cm −3 . Конечно, во 1908 година, Перин дава веќе прифатлива оценка: Н A = 6,8 10 23 mol −1 Авогадров број, пронајден од експериментите за брауновото движење.

Оттогаш, развиени се голем број независни методи за одредување на бројот на Авогадро, а попрецизни мерења покажаа дека во реалноста има (приближно) 2,69 x 10 19 молекули во 1 cm 3 идеален гас во нормални услови. Оваа количина се нарекува Лошмит број (или константа). Тоа одговара на бројот на Авогадро Н A ≈ 6,02 10 23 .

Бројот на Авогадро е една од важните физички константи кои одиграа важна улога во развојот на природните науки. Но, дали е тоа „универзална (фундаментална) физичка константа“? Самиот термин не е дефиниран и обично се поврзува со повеќе или помалку детална табела на нумеричките вредности на физичките константи што треба да се користат при решавање на проблеми. Во овој поглед, основните физички константи често се сметаат за оние количини кои не се константи на природата и го должат своето постоење само на избраниот систем на единици (како што се, на пример, магнетните и електричните вакуумски константи) или условните меѓународни договори (како што се, на пример, единицата за атомска маса). Основните константи често вклучуваат многу изведени количини (на пример, гасната константа Р, класичниот електронски радиус р e= д 2 / мд в 2 итн.) или, како во случајот со моларниот волумен, вредноста на некој физички параметар поврзан со специфични експериментални услови, кои се избираат само поради практичност (притисок 1 atm и температура 273,15 K). Од оваа гледна точка, бројот на Авогадро е навистина фундаментална константа.

Оваа книга е посветена на историјата и развојот на методи за одредување на овој број. Епот траеше околу 200 години и во различни фази беше поврзан со различни физички модели и теории, од кои многу не ја изгубија својата важност до ден-денес. Во оваа приказна имаа рака и најпаметните научни умови - доволно е да ги именуваме А. Авогадро, Ј. Лошмит, Ј. Максвел, Ј. Перин, А. Ајнштајн, М. Смолучовски. Списокот може да продолжи и натаму...

Авторот мора да признае дека идејата за книгата не му припаѓа нему, туку на Лев Федорович Соловејчик, неговиот соученик во Московскиот институт за физика и технологија, човек кој се занимавал со применети истражувања и развој, но останал романтичар. физичар во душа. Ова е личност која (една од ретките) продолжува „дури и во нашата сурова доба“ да се бори за вистинско „повисоко“ физичко образование во Русија, ја цени и, најдобро што може, ја промовира убавината и елеганцијата на физичките идеи. . Познато е дека од заплетот што А.С.Пушкин му го претстави на Н.В.Гогољ, произлезе брилијантна комедија. Се разбира, овде не е така, но можеби и оваа книга некому ќе му биде корисна.

Оваа книга не е „популарно научно“ дело, иако на прв поглед може да изгледа така. Дискутира за сериозна физика против некоја историска позадина, користи сериозна математика и дискутира за прилично сложени научни модели. Всушност, книгата се состои од два (не секогаш остро разграничени) дела, наменети за различни читатели - на некои можеби им е интересна од историска и хемиска гледна точка, додека други може да се фокусираат на физичката и математичката страна на проблемот. Авторот имал на ум љубопитен читател - студент на Факултетот за физика или хемија, не туѓ на математиката и страстен за историјата на науката. Има ли такви студенти? Авторот не го знае точниот одговор на ова прашање, но, врз основа на сопственото искуство, се надева дека има.

Вовед (скратено) во книгата: Број на Меилихов ЕЗ Авогадро. Како да видите атом. - Долгопрудни: Издавачка куќа „Интелект“, 2017 година.

Количина на супстанцијаν е еднаков на односот на бројот на молекули во дадено тело до бројот на атоми во 0,012 kg јаглерод, односно бројот на молекули во 1 мол од супстанцијата.
ν = N / N A
каде N е бројот на молекули во дадено тело, N A е бројот на молекули во 1 мол од супстанцијата што го сочинува телото. N A е константа на Авогадро. Количината на супстанцијата се мери во молови. Авогадро константае бројот на молекули или атоми во 1 мол од супстанцијата. Оваа константа го добила своето име во чест на италијанскиот хемичар и физичар Амедео Авогадро(1776 - 1856). 1 мол од која било супстанција содржи ист број на честички.
N A \u003d 6,02 * 10 23 mol -1 Моларна масае масата на супстанцијата земена во количина од еден мол:
μ = m 0 * N A
каде m 0 е масата на молекулата. Моларната маса се изразува во килограми по мол (kg/mol = kg*mol -1). Моларната маса е поврзана со релативната молекуларна маса со односот:

μ \u003d 10 -3 * M r [kg * mol -1]
Масата на која било количина супстанција m е еднаква на производот од масата на една молекула m 0 според бројот на молекули:
m = m 0 N = m 0 N A ν = μν
Количината на супстанцијата е еднаква на односот на масата на супстанцијата со нејзината моларна маса:

ν = m / μ
Масата на една молекула на супстанција може да се најде ако се познати моларната маса и константата на Авогадро:
m 0 = m / N = m / νN A = μ / N A

Идеален гас- математички модел на гас, во кој се претпоставува дека потенцијалната енергија на интеракцијата на молекулите може да се занемари во споредба со нивната кинетичка енергија. Не постојат сили на привлекување или одбивање помеѓу молекулите, судирите на честичките меѓу себе и со ѕидовите на садот се апсолутно еластични, а времето на интеракција помеѓу молекулите е занемарливо мало во споредба со просечното време помеѓу судирите. Во продолжениот модел на идеален гас, честичките од кои е составен, исто така имаат облик во форма на еластични сфери или елипсоиди, што овозможува да се земе предвид енергијата на не само преводното, туку и ротационо-осцилаторното движење. , како и не само централни, туку и нецентрални судири на честички, итн.)