Это хорошая статья. Для получения дополнительной информации нажмите здесь.
Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Амедео Авогадро

Константа Авогадро ( N A [1] или L [2] ) - это коэффициент пропорциональности, который связывает количество составляющих частиц (обычно молекул , атомов или ионов ) в образце с количеством вещества в этом образце. Его единица СИ - это обратный моль , и он определяется как N A  = 6.022 140 76 × 10 23  моль -1 . [3] [1] [4] [5] [6] Он назван в честь итальянского ученого Амедео Авогадро . [7] Хотя это называется постоянной (или числом) Авогадро, он не химик, который определил ее значение. Станислао Канниццарро объяснил это число через четыре года после смерти Авогадро на Конгрессе в Карлсруэ в 1860 году [8].

Числовое значение постоянной Авогадро, выраженное в обратных молях, безразмерное число, называется числом Авогадро , иногда обозначаемым N [9] [10] или N 0 , [11] [12], что, таким образом, является числом частиц, которые содержится в одной родинке, ровно6.022 140 76 × 10 23 . [4] [1]

Значение постоянной Авогадро было выбрано таким образом, чтобы масса одного моля химического соединения в граммах численно равнялась (для всех практических целей) средней массе одной молекулы соединения в дальтонах (универсальных единицах атомной массы). ) ; один далтон1/12массы одного атома углерода-12 , что примерно равно массе одного нуклона ( протона или нейтрона ). Например, средняя масса одной молекулы воды составляет около 18,0153 дальтон, а один моль воды ( N молекул) составляет около 18,0153 грамма. Таким образом, постоянная Авогадро N A является коэффициентом пропорциональности, который связывает молярную массу вещества со средней массой одной молекулы, а число Авогадро также является приблизительным количеством нуклонов в одном грамме обычного вещества . [13]

Константа Авогадро также связывает молярный объем вещества со средним объемом, номинально занимаемым одной из его частиц, когда оба выражены в одних и тех же единицах объема. Например, поскольку молярный объем воды в обычных условиях составляет около 18 мл / моль, объем, занимаемый одной молекулой воды, составляет около18/6.022× 10 - 23  мл, или около 30  Å 3 (кубических ангстрем ). Для кристаллического вещества он аналогичным образом связывает его молярный объем (в мл / моль), объем повторяющейся элементарной ячейки кристаллов (в мл) и количество молекул в этой ячейке.

Число Авогадро (или константа) определялось по-разному на протяжении своей долгой истории. Его приблизительное значение было впервые определено косвенно Йозефом Лошмидтом в 1865 году. [14] (Число Авогадро тесно связано с постоянной Лошмидта , и эти два понятия иногда путают). Первоначально оно было определено Жаном Перреном как число атомов. в 16 граммах кислорода . [7] Позднее на 14-й конференции Международного бюро мер и весов (BIPM) оно было определено как количество атомов в 12 граммах изотопа углерода-12 ( 12 C). [15] В каждом случае моль определяли как количество вещества, которое содержало такое же количество атомов, как и эталонные образцы. В частности, когда углерод-12 был эталоном, один моль углерода-12 составлял ровно 12 граммов элемента.

Эти определения означали, что значение числа Авогадро зависело от экспериментально определенного значения массы (в граммах) одного атома этих элементов, и поэтому оно было известно только с ограниченным числом десятичных цифр. Однако на своей 26-й конференции МБМВ принял другой подход: с 20 мая 2019 г. он определил число Авогадро как точное значение N =6.022 140 76 × 10 23 , и переопределил моль как количество рассматриваемого вещества, которое содержит N составляющих частиц вещества. Согласно новому определению, масса одного моля любого вещества (включая водород, углерод-12 и кислород-16) в N раз превышает среднюю массу одной из составляющих его частиц - физическая величина, точное значение которой должно быть определено экспериментально. для каждого вещества.

История [ править ]

Происхождение концепции [ править ]

Жан Перрен в 1926 году

Постоянная Авогадро названа в честь итальянского ученого Амедео Авогадро (1776–1856), который в 1811 году впервые предположил, что объем газа (при заданном давлении и температуре) пропорционален количеству атомов или молекул независимо от природа газа. [16]

Число Авогадро было придумано в 1909 году физиком Жаном Перреном , который определил его как количество молекул в 32 граммах кислорода . [7] Цель этого определения состояла в том, чтобы сделать массу моля вещества в граммах численно равной массе одной молекулы относительно массы атома водорода; которая по закону определенных пропорций была естественной единицей атомной массы и принималась равной 1/16 атомной массы кислорода.

Первые измерения [ править ]

Йозеф Лошмидт

Значение числа Авогадро (еще не известного под этим именем) было впервые получено косвенно Йозефом Лошмидтом в 1865 году, оценив количество частиц в данном объеме газа. [14] Это значение, числовая плотность n 0 частиц в идеальном газе , теперь в его честь называется постоянной Лошмидта и связано с постоянной Авогадро N A соотношением

где p 0 - давление , R - газовая постоянная , а T 0 - абсолютная температура . Из-за этой работы символ L иногда используется для постоянной Авогадро [17], а в немецкой литературе это имя может использоваться для обеих констант, различающихся только единицами измерения . [18] (Тем не менее, N A не следует путать с совершенно другой постоянной Лошмидта в англоязычной литературе.)

Сам Перрин определил число Авогадро несколькими различными экспериментальными методами. В 1926 г. он был удостоен Нобелевской премии по физике в основном за эту работу. [19]

Электрический заряд на моль электронов - это константа, называемая постоянной Фарадея, и известна с 1834 года, когда Майкл Фарадей опубликовал свои работы по электролизу . В 1910 году Роберт Милликен впервые измерил заряд электрона . Разделение заряда моля электронов на заряд отдельного электрона позволило более точно оценить число Авогадро. [20]

Определение СИ 1971 года [ править ]

В 1971 году Международное бюро мер и весов (BIPM) решило рассматривать количество вещества как независимый параметр измерения , используя моль в качестве базовой единицы в Международной системе единиц (СИ). [17] В частности, моль был определен как количество вещества, которое содержит столько элементарных элементов, сколько атомов в 0,012 кг углерода-12 .

Согласно этому определению, общее практическое правило «один грамм вещества содержит N 0 нуклонов» было точным для углерода-12, но несколько неточным для других элементов и изотопов. С другой стороны, один моль любого вещества содержит ровно столько же молекул, сколько один моль любого другого вещества.

Как следствие этого определения, в системе СИ постоянная Авогадро N A имела размерность, обратную величине количества вещества, а не чистого числа, и имела приблизительное значение6,02 × 10 23 с единицами моль -1 . [17] Согласно этому определению, значение N A по сути должно было быть определено экспериментально.

BIPM также назвал N A « константой Авогадро », но термин «число Авогадро» продолжал использоваться, особенно во вводных работах. [21]

Новое определение SI 2019 года [ править ]

Основная статья: 2019 новое определение базовых единиц СИ

В 2017 году BIPM решил изменить определения моля и количества вещества. [22] [4] Моль было переопределено как количество вещества, содержащего точно6.022 140 76 × 10 23 элементарных объекта. Одним из следствий этого изменения является то, что масса одного моля из 12 атомов углерода больше не равна 0,012 кг. С другой стороны, дальтон (также известная как универсальная атомная единица массы) остается неизменным как 1/12 массы 12 C. [23] [24] Таким образом, постоянная молярной массы больше не равна точно 1 г / моль, хотя разница (4,5 × 10 −10 в относительном выражении, по состоянию на март 2019 г.) для практических целей несущественно. [4] [1]

Константа Авогадро в других системах единиц [ править ]

В других системах измерения, где единицей количества вещества не является моль СИ, постоянная Авогадро N A означает количество частиц в указанной единице и будет иметь другое значение.

Например, если количество вещества измеряется в фунт-моль (фунт-моль), то постоянная Авогадро N A равна2,731 597 34 (12) × 10 26 фунт-моль -1 . Если унции-моль (моль-унции) используется вместо этого, N является1,707 248 434 (77) × 10 25 унций-моль -1 . [ необходима цитата ] Однако в настоящее время эти устройства практически не используются.

Связь с другими константами [ править ]

Постоянная Авогадро, N A , связана с другими физическими константами и свойствами.

  • Он связывает молярную газовую постоянную R и постоянную Больцмана k B , которая в системе СИ (с 20 мая 2019 г.) определяется как точно1,380 649 × 10 −23  Дж / К : [4]
    знак равно 8,314 462 618 153 24  Дж⋅К −1 мкмоль −1
  • Он связывает постоянную Фарадея F и элементарный заряд e , который в СИ (с 20 мая 2019 г.) определяется как точно1,602 176 634 × 10 −19  кулонов : [4]
    знак равно 96 485 0,332 123 310 0184  С / моль
  • Это относится к молярной постоянной массы , M U и постоянная атомная масса M U , в настоящее время1,660 539 066 60 (50) × 10 −27  кг : [25]
    знак равно 0,999 999 999 65 (30) × 10 −3  кг⋅моль −1 [26]

См. Также [ править ]

  • День кротов
  • CODATA 2018

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b c d Bureau International des Poids et Mesures (2019): Международная система единиц (СИ) , 9-е издание, английская версия, стр. 134. Доступно на веб-сайте BIPM .
  2. ^ HP Lehmann, X. Fuentes-Arderiu и LF Bertello (1996): «Глоссарий терминов в количествах и единицах в клинической химии (Рекомендации IUPAC-IFCC 1996)»; стр. 963, пункт « Константа Авогадро ». Чистая и прикладная химия , том 68, выпуск 4, страницы 957–1000. DOI : 10,1351 / pac199668040957
  3. ^ «2018 CODATA Value: постоянная Авогадро» . Справочник NIST по константам, единицам и неопределенности . NIST . 20 мая 2019 . Проверено 20 мая 2019 .
  4. ^ a b c d e f Международное бюро мер и весов (2018): Принятые резолюции - 26-я конференция Générale des Poids et Mesures Архивировано 19 ноября 2018 г. в Wayback Machine . Доступно на сайте BIPM .
  5. ^ IUPAC , Сборник химической терминологии , 2-е изд. («Золотая книга») (1997). Онлайн исправленная версия: (2006–) « Константа Авогадро ». DOI : 10,1351 / goldbook.A00543
  6. ^ de Bievre, P .; Пейзер, HS (1992). «Атомный вес: название, история, определение и единицы». Чистая и прикладная химия . 64 (10): 1535–1543. DOI : 10,1351 / pac199264101535 . S2CID 96317287 . 
  7. ^ a b c Перрен, Жан (1909). "Движение коричневого и революционного человека". Annales de Chimie et de Physique . 8 e Série. 18 : 1–114. Выписка на английском языке, перевод Фредерика Содди .
  8. ^ "Амедео Авогадро" . Проверено 30 октября, 2020 .
  9. ↑ Линус Полинг (1970), Общая химия , стр. 96. Dover Edition, перепечатано Courier в 2014 году; 992 страницы. ISBN 9780486134659 
  10. ^ Марвин Йеллес (1971): Энциклопедия науки и техники Макгроу-Хилла , том 9, 3-е издание; 707 страниц. ISBN 9780070797987 
  11. ^ Ричард П. Фейнман (1963): Лекции Фейнмана по физике , Том II, 2-е издание; 512 страниц. ISBN 9780805390476 
  12. ^ Макс Борн (1969): Атомная физика , 8-е издание. Издание Dover, перепечатано Courier в 2013 г .; 544 страницы. ISBN 9780486318585 
  13. ^ Окунь, Лев Б .; Ли, AG (1985). Физика элементарных частиц: поиски субстанции вещества . OPA Ltd. стр. 86. ISBN 978-3-7186-0228-5.
  14. ^ a b Лошмидт, J. (1865). "Zur Grösse der Luftmoleküle". Sitzungsberichte der Kaiserlichen Akademie der Wissenschaften Wien . 52 (2): 395–413. Английский перевод .
  15. ^ Международное бюро мер и весов (2006), Международная система единиц (СИ) (PDF) (8-е изд.), Стр. 114-15, ISBN  92-822-2213-6, архивировано (PDF) из оригинала на 2017-08-14
  16. ↑ Авогадро, Амедео (1811). "Essai d'une maniere determiner les родственные массы молекул elementaires des corps, et les пропорции selon lesquelles elles entrent dans ces combinaisons". Journal de Physique . 73 : 58–76. Английский перевод .
  17. ^ a b c Международное бюро Poids et Mesures (1971): 14-я Конференция Générale des Poids et Mesures Доступно на веб-сайте BIPM .
  18. ^ Дева, SE (1933). «Число Лошмидта» . Научный прогресс . 27 : 634–649. Архивировано из оригинала на 2005-04-04.
  19. ^ Озеен, CW (10 декабря 1926). Выступление с докладом на присуждение Нобелевской премии по физике 1926 года .
  20. ^ (1974): Введение в константы для неспециалистов, 1900–1920 гг. Из Британской энциклопедии , 15-е издание; воспроизведен NIST . Доступно 3 июля 2019 г.
  21. ^ Коц, Джон С .; Treichel, Paul M .; Таунсенд, Джон Р. (2008). Химия и химическая реакционная способность (7-е изд.). Брукс / Коул. ISBN 978-0-495-38703-9. Архивировано из оригинала на 2008-10-16.
  22. ^ Международное бюро мер и весов (2017): Материалы 106-го заседания Международного комитета мер и весов (CIPM), 16-17 и 20 октября 2017 г. , стр. 23. Доступно на веб-сайте BIPM .
  23. ^ Pavese, Франко (январь 2018). «Возможный проект резолюции CGPM для пересмотренной SI по сравнению с последним проектом CCU 9-й брошюры SI». Измерение . 114 : 478–483. DOI : 10.1016 / j.measurement.2017.08.020 . ISSN 0263-2241 . 
  24. ^ Леманн, HP; Fuentes-Arderiu, X .; Бертелло, Л. Ф. (29 февраля 2016 г.). «Единая единица атомной массы» . DOI : 10.1515 / iupac.68.2930 . Cite journal requires |journal= (help)
  25. ^ «2018 CODATA Value: атомная постоянная массы» . Справочник NIST по константам, единицам и неопределенности . NIST . 20 мая 2019 . Проверено 20 мая 2019 .
  26. ^ «2018 CODATA Значение: постоянная молярной массы» . Справочник NIST по константам, единицам и неопределенности . NIST . 20 мая 2019 . Проверено 20 мая 2019 .

Внешние ссылки [ править ]

  • 1996 определение постоянной Авогадро из IUPAC Compendium химической терминологии ( « Золотая книга »)
  • Некоторые заметки о числе Авогадро, 6.022 × 10 23 (исторические записки)
  • Точное значение числа Авогадро - американский ученый
  • Авогадро и молярные постоянные Планка для нового определения килограмма
  • Мюррелл, Джон Н. (2001). «Авогадро и его константа». Helvetica Chimica Acta . 84 (6): 1314–1327. DOI : 10.1002 / 1522-2675 (20010613) 84: 6 <1314 :: АИД-HLCA1314> 3.0.CO; 2-Q .
  • Отсканированная версия статьи Авогадро 1811 г. "Две гипотезы Авогадро" на BibNum