- Historia
- Inspirationer av Amedeo Avogadro
- Molekylär hypotes
- Femtio år senare
- Termen föddes
- Vad det består av och enheter
- Atom-gram och molekyl-gram
- Molmassor och mol
- Hur beräknas Avogadros antal
- Mer exakta mätmetoder
- tillämpningar
- Lösta övningar
- Övning 1
- Övning 2
- referenser
Den Avogadros antalet är en som indikerar hur många partiklar innefattar en mol av materia. Det är normalt betecknat med symbolen N A eller L och har en extraordinär storlek: 6.02 · 10 23 , skriven i vetenskaplig notation; om den inte används måste den skrivas i sin helhet: 6020000000000000000000000000.
För att undvika och underlätta användningen är det bekvämt att hänvisa till Avogadros nummer som kallar det mullvad; detta är namnet som ges till enheten som motsvarar en sådan mängd partiklar (atomer, protoner, neutroner, elektroner, etc.). Sålunda, om ett dussin motsvarar 12 enheter, omfattar en mol N A -enheter, vilket förenklar stökiometriska beräkningar.
Avogadros nummer skrivet i vetenskaplig notation. Källa: PRHaney
Matematiskt kanske inte Avogadros antal är det största av alla; men utanför vetenskapens rike skulle användning av den för att indikera mängden av något objekt överskrida gränserna för människans fantasi.
Till exempel skulle en mol penna involvera tillverkning av 6.02 · 10 23 enheter och lämna jorden utan dess växtlungor i processen. Liksom detta hypotetiska exempel är många andra i överflöd, som tillåter en glimt av storslagenhet och användbarhet av detta nummer för astronomiska mängder.
Om N A och molen hänvisar till orimliga mängder av någonting, hur användbara är i vetenskapen? Som sagt redan i början: de tillåter dig att "räkna" mycket små partiklar, vars antal är oerhört stort även i försumbara mängder materia.
Den minsta droppen av en vätska innehåller miljarder partiklar, liksom den mest löjliga mängden av ett visst fast ämne som kan vägas på vilken balans som helst.
Inte använda vetenskaplig notation, kommer mullvad i stöd, som visar hur mycket mer eller mindre, är det ett ämne eller förening till N A . Till exempel, en g silver motsvarar ca 9 · 10 -3 mol; med andra ord, nästan en hundradel av N A (5,6 · 10 21 Ag-atomer, ungefär) ”bebor” som gram .
Historia
Inspirationer av Amedeo Avogadro
Vissa tror att Avogadros antal var en konstant bestämd av Lorenzo Romano Amedeo Carlo Avogadro från Quaregna och Cerreto, bättre känd som Amedeo Avogadro; Men detta vetenskapsman-advokat, som ägnas åt att studera egenskaperna hos gaser och inspireras av arbetet av Dalton och Gay-Lussac var inte som introducerade N A .
Från Dalton fick Amadeo Avogadro veta att massorna av gaser kombineras eller reagerar i konstanta proportioner. Exempelvis reagerar en vätemassa fullständigt med en åtta gånger större massa syre; när denna andel inte uppfylldes, förblev en av de två gaserna i överskott.
Från Gay-Lussac, å andra sidan, fick han veta att gasvolymerna reagerar i ett fast förhållande. Således reagerar två volymer väte med en syre för att producera två volymer vatten (i form av ånga, med tanke på de höga temperaturer som genereras).
Molekylär hypotes
År 1811 kondenserade Avogadro sina idéer för att formulera sin molekylhypotes, där han förklarade att avståndet som separerar gasformiga molekyler är konstant så länge tryck och temperatur inte förändras. Detta avstånd definierar då volymen som en gas kan uppta i en behållare med expanderbara barriärer (till exempel en ballong).
Således ges en massa av gas A, m A , och en massa av gas B, m B , m A och m B kommer att ha samma volym under normala förhållanden (T = 0 ° C, och P = 1 atm) om båda ideala gaser har samma antal molekyler; detta var hypotesen, numera lag, om Avogadro.
Från sina observationer drog han också slutsatsen att förhållandet mellan gasens täthet, åter A och B, är detsamma som för deras relativa molekylmassa (ρ A / ρ B = M A / M B ).
Hans största framgång var att introducera termen "molekyl" som det är känt idag. Avogadro behandlade väte, syre och vatten som molekyler och inte som atomer.
Femtio år senare
Idén om dess diatomiska molekyler mötte stark resistens bland kemister under 1800-talet. Även om Amadeo Avogadro undervisade i fysik vid universitetet i Turin, var hans arbete inte särskilt väl accepterat och i skuggan av experiment och observationer från mer kända kemister, begravdes hans hypotes i femtio år.
Till och med bidraget från den välkända forskaren André Ampere, som stödde Avogadros hypotes, var inte tillräckligt för kemister att allvarligt överväga den.
Det var inte förrän kongressen i Karlsruhe, Tyskland 1860, att den unga italienska kemisten, Stanislao Cannizzaro, räddade Avogadros arbete som svar på kaos på grund av bristen på tillförlitliga och fasta atommassor och kemiska ekvationer.
Termen föddes
Det som kallas 'Avogadros nummer' introducerades av den franska fysikern Jean Baptiste Perrin, nästan hundra år senare. Han bestämt en approximation av N A genom olika metoder från hans arbete på Brownsk rörelse.
Vad det består av och enheter
Atom-gram och molekyl-gram
Avogadros nummer och mol är relaterade; den andra fanns emellertid före den första.
Genom att känna till atomernas relativa massor introducerades atommasseenheten (amu) som en tolftedel av en kol 12-isotopatom; ungefär massan av en proton eller neutron. På detta sätt var kol känt för att vara tolv gånger tyngre än väte; vilket innebär att 12 C väger 12u och 1 H väger 1 u.
Hur mycket massa är emellertid egentligen lika? Hur skulle det också vara möjligt att mäta massan på sådana små partiklar? Sedan kom idén om gramatomen och grammolekylen, som senare ersattes av molen. Dessa enheter anslöt bekvämt gram till amu enligt följande:
12 g 12 C = N ma
Ett antal 12 CN-atomer , multiplicerat med deras atommassa, ger ett värde som är numeriskt identiskt med den relativa atommassan (12 amu). Därför motsvarade 12 g 12 ° C en gram atom; 16 g 16 O, till en gram syreatom; 16 g av CH 4 , ett gram molekyl för metan, och så vidare med andra element eller föreningar.
Molmassor och mol
Grammatomen och grammolekylen, snarare än enheter, bestod av de molära massorna hos atomerna respektive molekylerna.
Således blir definitionen av en mol: enheten angiven för antalet atomer som finns i 12 g rent kol 12 (eller 0,012 kg). Och under tiden, han blev betecknas N N A .
Avogadros antal består således formellt av antalet atomer som utgör sådana 12 g kol 12; och dess enhet är molen och dess derivat (kmol, mmol, lb-mol, etc.).
Molmassor är molekylära (eller atommassor) uttryckta som en funktion av mol.
Till exempel, den molära massan av O 2 är 32g / mol; det vill säga ett mol syremolekyler har en massa på 32 g, och en molekyl av O 2 har en molekylmassa av 32 u. På liknande sätt är den molära massan av H 1 g / mol: en mol H-atomer har en massa av 1 g, och en H-atom har en atommassa på 1 u.
Hur beräknas Avogadros antal
Hur mycket är en mullvad? Vad som är värdet på N A så att de atomära och molekylära massorna har samma numeriska värde som molmassor? För att ta reda på det måste följande ekvation lösas:
12 g 12 C = N A ma
Men ma är 12 amu.
12 g 12 C = N A 12uma
Om du vet hur mycket en amu är värd (1 667 10 -24 g), kan du beräkna direkt N A :
N A = (12g / 2 · 10 -23 g)
= 5 998 10 23 atomer med 12 ° C
Är detta nummer identiskt med det som presenterades i början av artikeln? Nej Även decimaler spela mot, det finns många fler noggranna beräkningar för att bestämma N A .
Mer exakta mätmetoder
Om definitionen av en mol, speciellt en mol av elektroner och den elektriska laddningen de bär (ungefär 96 500 C / mol) tidigare är känd, vet vi laddningen för en individuell elektron (1 602 × 10 −19 C), kan vi beräkna N A också på detta sätt:
N A = (96500 C / 1,602 × 10 −19 C)
= 6.0237203 10 23 elektroner
Detta värde ser ännu bättre ut.
Ett annat sätt att beräkna det består av röntgenkristallografiska tekniker, med en 1 kg ultralink kiselsfär. För detta används formeln:
N A = n (V u / V m )
Där n är antalet atomer närvarande i enhetscellen av en kiselkristall (n = 8), och V u och V m är de volymer i enheten och molära cell, respektive. Genom att känna till variablerna för kiselkristallen kan Avogadros antal beräknas med denna metod.
tillämpningar
Avogadros antal tillåter i huvudsak att uttrycka de avgränsade kvantiteterna av elementära partiklar i enkla gram, som kan mätas på analytiska eller rudimentära balanser. Inte bara detta: om en atom egenskap multipliceras med N A , kommer dess manifestation erhållas vid makroskopiska skalor, synliga i världen och med blotta ögat.
Därför och med goda skäl sägs detta nummer fungera som en bro mellan det mikroskopiska och det makroskopiska. Det förekommer ofta speciellt inom fysikkemi, när man försöker koppla molekylers eller jons beteende med deras fysiska faser (vätska, gas eller fast ämne).
Lösta övningar
Beräkningar i avsnitt två exempel på övningar med N riktades till . Sedan fortsätter vi med att lösa ytterligare två.
Övning 1
Vad är massan av en molekyl av H 2 O?
Om dess molmassa är känt att vara 18 g / mol, därefter en mol av H 2 O molekyler har en massa på 18 gram; men frågan avser en enskild molekyl, ensam. För att sedan beräkna dess massa används konverteringsfaktorerna:
(18 g / mol H 2 O) · (mol H 2 O / 6,02 · 10 23 molekyler H 2 O) = 2,99 · 10 -23 g / molekyl H 2 O
Det vill säga en molekyl av H 2 O har en massa av 2,99 · 10 -23 g.
Övning 2
Hur många atomer av dysprosiummetall (Dy) kommer att innehålla en bit av den vars massa är 26 g?
Atomassan för dysprosium är 162,5 u, lika med 162,5 g / mol med användning av Avogadros antal. Återigen fortsätter vi med konverteringsfaktorerna:
(26 g) · (mol Dy / 162,5 g) · (6,02 · 10 23 Dy atomer / mol Dy) = 9,63 · 10 22 Dy atomer
Detta värde är 0,16 gånger mindre än N A (9,63 · 10 22 / 6,02 · 10 23 ), och därför, nämnda del har 0,16 mol dysprosium (det kan också beräknas med 26/162 , 5).
referenser
- Wikipedia. (2019). Avogadro konstant. Återställd från: en.wikipedia.org
- Atteberry Jonathan. (2019). Vad är Avogadros nummer? Hur saker fungerar. Återställd från: science.howstuffworks.com
- Ryan Benoit, Michael Thai, Charlie Wang och Jacob Gomez. (02. maj 2019). The Mole and Avogadro's Constant. Kemi LibreTexts. Återställd från: chem.libretexts.org
- Mullvadagen. (sf). Historien om Avogadros numrerar: 6,02 gånger 10 till 23 : e . Återställd från: moleday.org
- Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (06 januari 2019). Experimentell bestämning av Avogadros antal. Återställd från: thoughtco.com
- Tomás Germán. (Sf). Avogadros nummer. IES Domingo Miral. Återställdes från: iesdmjac.educa.aragon.es
- Joaquín San Frutos Fernández. (Sf). Avogadros antal och mullvadkoncept. Återställs från: encina.pntic.mec.es
- Bernardo Herradón. (3 september 2010). Karlsruhe kongress: 150 år. Återställd från: madrimasd.org
- George M. Bodner. (16 februari 2004). Hur bestämdes Avogadros nummer? Scientific American. Återställd från: scientamerican.com