Na постійна вагадро. Число Авогадро: цікаві відомості

АВОГАДРО ЧИСЛО, NA = (6,022045±0,000031)·1023, число молекул у молі будь-якої речовини або число атомів у молі простої речовини. Сам Авогадро не робив оцінок числа молекул у заданому обсязі, але розумів, що це дуже велика величина. 18 г H2O - те ж число молекул H2O (Mr = 18) і т.д. З того часу було розроблено велике число незалежних методіввизначення числа Авогадро. Один моль речовини містить кількість молекул або атомів, що дорівнює постійної Авогадро.

В даний час (2016) число Авогадро поки є величиною, що вимірювається (а не приймається за визначенням). Маючи в своєму розпорядженні такі практично ідеальні об'єкти, можна з високою точністю підрахувати число атомів кремнію в кулі і тим самим визначити число Авогадро. Пізніше було показано, що ця гіпотеза є необхідне слідство кінетичної теорії, і зараз вона відома як закон Авогадро.

Розрахунки з використанням числа Авогадро.

Підрахунок числа частинок, що знаходяться на різній висотіу стовпі суспензії дав число Авогадро 6,82Ч1023. За допомогою числа Авогадро було отримано точні значеннямаси атомів і молекул багатьох речовин: натрію, 3,819×10–23 г (22,9898 г/6,02×1023), тетрахлориду вуглецю, 25,54×10–23 г тощо. Авогадро) - кількість структурних елементів (атомів, молекул, іонів або ін. частинок) в 1 молі. назв. на честь А. Авогадро, позначається. А. п. - одна з фундам.

Постійна Авогадро – одна з фундаментальних фізичних констант. Названа на ім'я А. Авогадро. За часів Авогадро його гіпотезу неможливо було довести теоретично. Так, з них випливало, що рівні обсяги водню та хлору дають подвоєний обсяг хлороводню. Авогадро з усіма експериментальними даними. Число молекул в одному молі стали називати постійною Авогадро (її зазвичай позначають NА). Таке визначення молячи зберігалося протягом майже цілого століття.

Ще за часів Канніццаро ​​було очевидно, що оскільки атоми та молекули дуже маленькі і ніхто їх ще не бачив, постійна Авогадро має бути дуже великою. Насамперед, їм було зрозуміло, що обидві величини пов'язані один з одним: що менше виявляться атоми і молекули, то більше вийде число Авогадро. Постійну Авогадро визначали багатьма методами. Вимірявши співвідношення інтенсивностей прямого сонячного світлата розсіяного Синє небоможна визначити постійну Авогадро.

Постійна Авогадро настільки велика, що важко піддається уяві. N-число молекул у даному його зразку. Іншими словами, один моль речовини міститься в його масі, вираженої в грамах і рівної відносної молекулярної (або атомної) маси цієї речовини.

Знайдемо молярну масуводи (H2O). 1 моль води міститься у її 0,018 кг, отже, MH2O= 0,018 кг/моль. Знання числа Авогадро дає можливість оцінити розмір молекул чи обсяг V0, що припадає однією молекулу.

Додаткові матеріали на тему: Молекулярна фізика. Міль. Постійна Авогадро. Кількість речовини.

Першу спробу знайти число молекул, що займають даний обсяг, зробив у 1865 році. Лошмідт. З обчислень Лошмідта слід було, що з повітря кількість молекул на одиницю обсягу становить 1,81·1018 см−3, що у 15 разів менше справжнього значення. Насправді 1 см³ ідеального газупри нормальних умовахміститься 2,68675 · 1019 молекул.

Кількісні розрахунки у хімії

Чудовий збіг отриманих значень є свідченням реальної кількості молекул. Одна з фундаментальних постійних, за допомогою якої можна визначити такі величини, як масу атома або молекули (див. нижче), заряд електрона і т.д.

Калькулятори з фізики

Число Фарадея можна визначити, вимірюючи кількість електрики, необхідне розчинення або осадження 1 моль срібла. Можна також показати, що в 1 г натрію повинно бути приблизно 3Ч1022 атомів цього елемента. Больцмана постійної, Фарадея постійної та ін.). Один з найкращих експериментів.

Визначення, що ґрунтується на вимірі заряду електрона.

Загалом, я зовсім заплутався =) якщо хтось може мені це пояснити, буду дуже вдячний! У хімічних процесахберуть участь дрібні частинки– молекули, атоми, іони, електрони. Молярна маса речовини (M) – маса одного молячи цієї речовини.

Експерименти Перрена.

Вона входить у деякі інші постійні, наприклад, постійну Больцмана. Значення відносної молекулярної маси розраховуються із значень відносної атомної маси з урахуванням числа атомів кожного елемента у формульній одиниці складної речовини. Атоми та молекули — частки надзвичайно малі, тому порції речовин, які беруться для хімічних реакцій, характеризуються фізичними величинами, що відповідають великому числу частинок

Кількість речовини - це фізична величина, прямо пропорційна числу частинок, що становлять цю речовину і входять у взяту порцію цієї речовини. У хімічних розрахунках масу газоподібних реагентів та продуктів часто замінюють їх обсягами. Ця фізична постійна - молярний обсяггазу за нормальних умов.

Саме закон Авогадро допоміг вченим правильно визначити формули багатьох молекул та розрахувати атомні маси різних елементів.

Відомо більше 20 незалежних методів визначення постійної Авогадро, напр. на основі вимірювання заряду електрона або кол-ва електрики, необхідного для електролітич. А коли війська Наполеона зайняли Північну ІталіюАвогадро став секретарем нової французької провінції. Дійсно, якщо в 1 л водню міститься стільки ж молекул, що і в 1 л кисню, то відношення густин цих газів дорівнює відношенню мас молекул.

Для цього треба було лише проаналізувати результати та інших аналогічних експериментів. Частково це пояснюється відсутністю в ті часи простого та ясного запису формул і рівнянь хімічних реакцій. З погляду цієї теорії неможливо було уявити молекулу кисню, що складається з двох однаково заряджених атомів!

Авогадро особливо наголошував, що молекули в газах не обов'язково повинні складатися з одиночних атомів, а можуть містити кілька атомів – однакових чи різних

Наріжний камінь сучасної атомної теорії, - писав Канніццаро, - складає теорія Авогадро ... Хто не побачить у цьому тривалому і несвідомому кружінні науки навколо і в напрямку поставленої мети рішучого доказу на користь теорії Авогадро та Ампера?

Чим більше атомівабо молекул у макроскопічному тілі, тим, очевидно, більше речовиниміститься в даному тілі. Число молекул у макроскопічних тілах величезне. Ця величина була названа числом (чи постійною) Лошмідта. У рівних обсягах різних газівза однакових умов міститься те саме число молекул.

Атомна одиниця маси. Число Авогадро

Речовина складається із молекул. Під молекулою ми розумітимемо найменшу частину даної речовини, що зберігає Хімічні властивостіцієї речовини.

Читач: А в яких одиницях вимірюється маса молекул?

Автор: Масу молекули можна вимірювати в будь-яких одиницях маси, наприклад, у тоннах, але оскільки маси молекул дуже малі: ~10 –23 г, то для зручностізапровадили спеціальну одиницю – атомну одиницю маси(А.е.м.).

Атомною одиницею масиназивається величина, що дорівнює -ї маси атома вуглецю 6 С 12 .

Запис 6 12 означає: атом вуглецю, що має масу 12 а.е.м. та заряд ядра – 6 елементарних зарядів. Аналогічно, 92 U 235 - атом урану масою 235 а. і зарядом ядра 92 елементарних заряду, 8 Про 16 - атом кисню масою 16 а.е.м та зарядом ядра 8 елементарних зарядів і т.д.

Читач: Чому як атомної одиницімаси взяли саме (а не або ) частина маси атома і саме вуглецю, а чи не кисню чи плутонію?

Експериментально встановлено, що 1 г 6,02×10 23 а.е.м.

Число, що показує, у скільки разів маса 1 г більша за 1 а.е.м, називається числом Авогадро: N A = 6,02 10 23 .

Звідси

NА × (1 а.е.м) = 1 р. (5.1)

Нехтуючи масою електронів і відмінністю в масах протона і нейтрону, можна сказати, що число Авогадро приблизно показує, скільки треба взяти протонів (або, що майже те саме, атомів водню), щоб утворилася маса в 1 г (рис. 5.1).

Міль

Маса молекули, виражена в атомних одиницях маси, називається відносною молекулярною масою .

Позначається М r(r– від relative – відносний), наприклад:

12 а.е.м, = 235 а.е.м.

Порція речовини, яка містить стільки ж грамів даної речовини, скільки атомних одиниць маси містить молекула даної речовини, називається молимо(1 моль).

Наприклад: 1) відносна молекулярна маса водню Н 2: отже, 1 моль водню має масу 2 г;

2) відносна молекулярна маса Вуглекислий газ 2:

12 а.е.м. + 2×16 а.о.м. = 44 а.о.м.

отже, 1 моль 2 має масу 44 р.

Твердження.Один моль будь-якої речовини містить те саме число молекул: NА = 6,02 10 23 шт.

Доведення. Нехай відносна молекулярна маса речовини М r(а.е.м.) = М r× (1 а.е.м.). Тоді згідно з визначенням 1 моль даної речовини має масу М r(г) = М r×(1 г). Нехай N- Число молекул в одному молі, тоді

N×(маса однієї молекули) = (маса одного моля),

Міль – основна одиниця виміру в СІ.

Зауваження. Моль можна визначити інакше: 1 моль – це NА = = 6,02×10 23 молекул цієї речовини. Тоді легко зрозуміти, що маса 1 моля дорівнює М r(г). Дійсно, одна молекула має масу М r(А.е.м.), тобто.

(Маса однієї молекули) = М r× (1 а.е.м.),

(Маса одного моля) = NА × (маса однієї молекули) =

= NА × М r× (1 а.е.м.) = .

Маса 1 молячи називається молярною масоюцієї речовини.

Читач: Якщо взяти масу тдеякої речовини, молярна маса якої дорівнює m, скільки це буде молей?

Запам'ятаємо:

Читач: А в яких одиницях у системі СІ слід вимірювати m?

, [m] = кг/моль.

Наприклад, молярна маса водню

Знаючи кількість речовини в молях і число Авогадро дуже легко порахувати, скільки молекул міститься у цій речовині. Достатньо просто помножити число Авогадро на кількість речовини.

N=N A *ν

І якщо ви прийшли до поліклініки здавати аналізи, ну, скажімо, кров на цукор, знаючи число Авогадро, ви легко зможете порахувати кількість молекул цукру у вашій крові. Ну, наприклад, аналіз показав 5 моль. Помножимо цей результат на число Авогадро та отримаємо 3 010 000 000 000 000 000 000 000 штук. Дивлячись на цю цифру, стає зрозуміло, чому відмовилися міряти молекули штуками, і стали міряти молями.

Молярна маса (M).

Якщо ж кількість речовини невідома, її можна знайти, розділивши масу речовини з його молярну масу.

N = N A * m / M.

Єдине питання, що може виникнути: «що ж таке молярна маса?». Ні, це не маса маляра, як може здатися! Молярна маса- Це маса одного молячи речовини. Тут все просто, якщо в одному молі міститься N A частинок (Тобто. рівну числуАвогадро), то, помножуючи масу однієї такої частки m 0на число Авогадро, ми матимемо молярну масу.

M = m 0 * N A .

Молярна маса- Це маса одного молячи речовини.

І добре, якщо вона відома, а якщо ні? Прийде обчислювати масу однієї молекули m 0 . Але це не проблема. Потрібно знати лише її хімічну формулу і мати під рукою таблицю Менделєєва.

Відносна молекулярна маса (Mr).

Якщо кількість молекул у речовині величина дуже велика, маса однієї молекули m0 навпаки, величина дуже маленька. Тому для зручності розрахунків було введено відносна молекулярна маса (M r). Це відношення маси однієї молекули або атома речовини до 1/12 маси атома вуглецю. Але нехай вас не лякає, для атомів її вказують у таблиці Менделєєва, а молекул вона розраховується як сума відносних молекулярних мас всіх атомів, які входять у молекулу. Відносна молекулярна маса вимірюється в атомних одиницях мас (а.е.м), у перерахунку на кілограми 1 а.е.м. = 1,67 10 -27 кг.Знаючи це, ми можемо легко визначити масу однієї молекули, помноживши відносну молекулярну масуна 1,67 10 -27.

m 0 = M r * 1,67 * 10 -27.

Відносна молекулярна маса- Відношення маси однієї молекули або атома речовини, до 1/12 маси атома вуглецю.

Зв'язок між молярною та молекулярною масами.

Згадаймо формулу для знаходження молярної маси:

M = m 0 * N A .

Так як m 0 = M r * 1,67 10 -27ми можемо висловити молярну масу як:

M=M r *N A *1,67 10 -27 .

Тепер якщо помножити число Авогадро N A на 1,67 10 -27 ми отримаємо 10 -3 , тобто щоб дізнатися молярну масу речовини, достатньо тільки помножити його молекулярну масу на 10 -3 .

M=M r *10 -3

Але не поспішайте все це робити, обчислюючи кількість молекул. Якщо нам відома маса речовини m, то розділивши її на масу молекули m 0 ми отримаємо кількість молекул у цій речовині.

N = m / m 0

Звичайно, невдячна ця справа молекули вважати, мало того, що вони маленькі, так ще й рухаються постійно. Того й дивися зіб'єшся, і доведеться рахувати заново. Але в науці, як в армії, є таке слово «треба», і тому навіть атоми та молекули були пораховані.

Міль – кількість речовини, яка містить стільки ж структурних елементів, скільки атомів міститься в 12 г 12 С, причому структурними елементамизазвичай є атоми, молекули, іони та ін. Маса 1 моль речовини, виражена в грамах, чисельно дорівнює його мол. масі. Так, 1 моль натрію має масу 22,9898 г і містить 6,02 10 23 атомів; 1 моль фториду кальцію CaF 2 має масу (40,08 + 2·18,998) = 78,076 г і містить 6,02·10 23 молекул, як і 1 моль тетрахлориду вуглецю CCl 4 маса якого дорівнює (12,011 + 4·35, 153,823 р тощо.

Закон Авогадро.

На зорі розвитку атомної теорії (1811) А.Авогадро висунув гіпотезу, згідно з якою при однакових температурах і тиску в рівних обсягах ідеальних газівміститься однакове числомолекул. Пізніше було показано, що ця гіпотеза є необхідним наслідком кінетичної теорії, і зараз вона відома як закон Авогадро. Його можна сформулювати так: один моль будь-якого газу при однакових температурі і тиску займає один і той же об'єм, при стандартних температурі і тиску (0 ° С, 1,01Ч10 5 Па) дорівнює 22,41383 л. Ця величина відома як молярний об'єм газу.

Сам Авогадро не робив оцінок числа молекул у заданому обсязі, але розумів, що це дуже велика величина. Першу спробу знайти число молекул, що займають даний обсяг, зробив у 1865 р. Й.Лошмідт; було встановлено, що в 1 см 3 ідеального газу за нормальних (стандартних) умов міститься 2,68675Ч10 19 молекул. На ім'я цього вченого зазначена величина була названа числом (чи постійною) Лошмідта. З того часу було розроблено велику кількість незалежних методів визначення числа Авогадро. Чудовий збіг набутих значень є переконливим свідченням реального існуваннямолекул.

Метод Лошмідта

представляє лише історичний інтерес. Він заснований на припущенні, що зріджений газскладається з щільно запакованих сферичних молекул. Вимірюючи об'єм рідини, яка утворилася з даного об'єму газу, і знаючи приблизно об'єм молекул газу (цей обсяг можна було уявити виходячи з деяких властивостей газу, наприклад, в'язкості), Лошмідт отримав оцінку числа Авогадро ~10 22 .

Визначення, що ґрунтується на вимірі заряду електрона.

Одиниця кількості електрики, відома як число Фарадея F, – це заряд, який переноситься одним молем електронів, тобто. F = Ne, де е- Заряд електрона, N- Число електронів в 1 моль електронів (тобто число Авогадро). Число Фарадея можна визначити, вимірюючи кількість електрики, необхідне розчинення або осадження 1 моль срібла. Ретельні виміри, виконані Національним бюро стандартів США, дали значення F= 96490,0 Кл, а заряд електрона виміряний різними методами(зокрема, у дослідах Р.Міллікена), дорівнює 1,602Ч10 -19 Кл. Звідси можна знайти N. Цей метод визначення числа Авогадро, мабуть, є одним із найточніших.

Експерименти Перрена.

Виходячи з кінетичної теорії, було отримано вираз, що включає число Авогадро, що описує зменшення щільності газу (наприклад, повітря) з висотою стовпа цього газу. Якби вдалося підрахувати число молекул 1 см 3 газу на двох різних висотах, то, скориставшись зазначеним виразом, ми могли б знайти N. На жаль, зробити це неможливо, оскільки молекули невидимі. Однак у 1910 Ж.Перрен показав, що згаданий вираз справедливий і для суспензій колоїдних частинок, які помітні в мікроскопі. Підрахунок числа частинок, що знаходяться на різній висоті в стовпі суспензії, дав число Авогадро 6,82×10 23 . З іншої серії експериментів, в яких вимірювалося середньоквадратичне усунення колоїдних частинок в результаті їх броунівського руху, Перрен отримав значення N= 6,86Ч10 23 . Надалі інші дослідники повторили деякі з експериментів Перрена і отримали значення, що добре узгоджуються з нині прийнятими. Слід зазначити, що експерименти Перрена стали поворотним моментом по відношенню до вчених до атомної теорії речовини – раніше деякі вчені розглядали її як гіпотезу. В.Оствальд, видатний хімік того часу, так висловив цю зміну у поглядах: «Відповідність броунівського руху вимогам кінетичної гіпотези... змусила навіть песимістично налаштованих учених говорити про експериментальний доказ атомної теорії».

Розрахунки з використанням числа Авогадро.

За допомогою числа Авогадро були отримані точні значення маси атомів та молекул багатьох речовин: натрію, 3,819×10 –23 г (22,9898 г/6,02×10 23), тетрахлориду вуглецю, 25,54×10 –23 г і т.д. Можна також показати, що в 1 г натрію повинно бути приблизно 3Ч10 22 атомів цього елемента.
Див. також

Став справжнім проривом у теоретичної хіміїі сприяв тому, що гіпотетичні припущення перетворилися на великі відкриття в області газової хімії. Припущення хіміків отримали переконливі докази як математичних формулі простих співвідношень, а результати експериментів тепер дозволили робити далекосяжні висновки. Крім цього, італійський дослідник вивів кількісну характеристикучисла структурних частинок хімічного елемента. Число Авогадро згодом стало однією з найважливіших констант сучасної фізикита хімії.

Закон об'ємних відносин

Честь бути першовідкривачем газових реакцій належать Гей-Люссаку, французькому вченому кінця XVIIIстоліття. Цей дослідник дав світові відомий закон, якому підпорядковуються всі реакції, пов'язані із розширенням газів. Гей-Люссак вимірював обсяги газів перед реакцією та обсяги, які виходили в результаті хімічної взаємодії. В результаті експерименту вчений зробив висновок, відомий як закон простих об'ємних відносин. Суть його в тому, що обсяги газів до і після співвідносяться між собою як невеликі цілі числа.

Наприклад, при взаємодії газоподібних речовин, відповідних, наприклад, одного обсягу кисню і двох обсягів водню, виходить два обсяги пароподібної води і так далі.

Закон Гей-Люссака справедливий, якщо всі вимірювання обсягів відбуваються при однакових показникахтиску та температури. Цей закон виявився дуже важливим для італійського фізикаАвогадро. Керуючись ним, він вивів своє припущення, яке мало далекосяжні наслідки в хімії та фізиці газів, і обчислив число Авогадро.

Італійський вчений

Закон Авогадро

У 1811 році Авогадро прийшов до розуміння того, що в рівних обсягах довільних газів при постійних значенняхтемператури і тиску міститься те саме число молекул.

Цей закон, пізніше названий на честь італійського вченого, вводив у науку уявлення про найдрібніші частинки речовини - молекули. Хімія розділилася на емпіричну наукуЯкою вона була, і науку, яка оперує кількісними категоріями, якою вона стала. Авогадро особливо підкреслював той момент, що атоми і молекули не є одним і тим же, і що атоми є цеглою для всіх молекул.

Закон італійського дослідника дозволив дійти висновку про кількість атомів у молекулах різних газів. Наприклад, після виведення закону Авогадро підтвердив припущення, що молекули таких газів, як кисень, водень, хлор, азот складаються з двох атомів. Також стало можливим встановлення атомних мас та молекулярних мас елементів, що складаються з різних атомів.

Атомні та молекулярні маси

При обчисленні атомної ваги будь-якого елемента спочатку за одиницю вимірювання була прийнята маса водню як найлегшої хімічної речовини. Але атомні маси багатьох хімічних речовинобчислюються як співвідношення їх кисневих сполук, тобто відношення кисню та водню приймалося як 16:1. Ця формула була дещо незручною для вимірювань, тому еталоном атомної маси прийняли масу ізотопу вуглецю - найпоширенішої речовини на землі.

На основі закону Авогадро засновано принцип визначення мас різних газоподібних речовин у молекулярному еквіваленті. У 1961 році приймається єдина системавідліку відносних атомних величин, в основу якої лягла умовна одиниця, що дорівнює 1/12 частини маси одного ізотопу вуглецю 12 С. Скорочена назва атомної одиниці маси - а.е.м. Згідно з цією шкалою, атомна маса кисню дорівнює 15,999 а.е.м, а вуглецю - 1,0079 а.е.м. Так виникло нове визначення: відносна атомна маса - це маса атома речовини, виражена а.е.м.

Маса молекули речовини

Будь-яка речовина складається з молекул. Маса такої молекули виражається в а.е.м, це значення дорівнює сумі всіх атомів, що входять до її складу. Наприклад, молекула водню має масу 2,0158 а.е.м, тобто 1,0079 х 2, а молекулярну масу води можна обчислити за нею хімічної формули H 2 O. Два атоми водню та єдиний атом кисню у сумі дають значення 18,0152 а.о.м.

Значення атомної маси кожної речовини прийнято називати відносної молекулярної масою.

Донедавна замість поняття "атомна маса" використовувалося словосполучення « атомна вага». В даний час воно не використовується, але досі зустрічається у старих підручниках та наукових працях.

Одиниця кількості речовини

Разом з одиницями обсягу та маси в хімії використовується особливий захід кількості речовини, яка називається моль. Ця одиниця показує ту кількість речовини, яка містить у собі стільки молекул, атомів та інших структурних частинок, скільки їх міститься в 12 г вуглецю ізотопу 12 С. практичному застосуванніблагаючи речовини слід брати до уваги, які саме частинки елементів маються на увазі - іони, атоми чи молекули. Наприклад, моль іонів H+ та молекул H2 - це зовсім різні заходи.

В даний час з великою точністювиміряно кількість речовини у молі речовини.

Практичні розрахунки показують, що кількість структурних одиницьу молі становить 6,02 х 10 23 . Ця константа має назву "число Авогадро". Названа на честь італійського вченого, ця хімічна величина показує кількість структурних одиниць у молі будь-якої речовини, незалежно від її внутрішньої структури, складу та походження.

Мольна маса

Маса одного молячи речовини в хімії має назву "мольна маса", ця одиниця виражається співвідношенням г/моль. Застосовуючи значення мольної маси практично, можна побачити, що мольна маса водню становить 2,02158 г/моль, кисню - 1,0079 г/моль тощо.

Наслідки закону Авогадро

Закон Авогадро цілком застосовний визначення кількості речовини при обчисленні обсягу газу. Однакова кількість молекул будь-якої газоподібної речовини за постійних умов займає рівний обсяг. З іншого боку, 1 моль будь-якої речовини містить постійне число молекул. Напрошується висновок: при постійних температурі і тиску один моль газоподібної речовини займає незмінний обсяг і містить однакову кількість молекул. Число Авогадро стверджує, що в обсязі 1 моля газу міститься 6,02 х 1023 молекул.

Розрахунок обсягу газ для нормальних умов

Нормальні умови в хімії – це атмосферний тиск 760 мм рт. ст. і температура 0 про C. За цих параметрів експериментально встановлено, що маса одного літра кисню дорівнює 1,43 кг. Отже, обсяг одного моля кисню дорівнює 22,4 літра. При обчисленні обсягу будь-якого газу результати показували те саме значення. Так постійна Авогадро зробила ще один висновок щодо обсягів різних газоподібних речовин: за нормальних умов одна моль будь-якого газоподібного елемента займає 22,4 літри. Ця постійна величинаотримала назву мольного обсягу газу.