Stała Avogadro - Avogadro constant
Avogadro stałej ( N lub L ) to współczynnik proporcjonalności , który odnosi się do liczby cząstek składowych (zwykle cząsteczek , atomów lub jonów ) w próbce z ilością substancji w tej próbce. Jego SI urządzenie jest odwrotnością mol i jest zdefiniowana tak, jak N A = 6,022 140 76 x 10 23 mol- 1 . Jego nazwa pochodzi od włoskiego naukowca Amedeo Avogadro . Chociaż nazywa się to stałą (lub liczbą) Avogadro, nie jest on chemikiem, który określił jej wartość. Stanislao Cannizzaro wyjaśnił tę liczbę cztery lata po śmierci Avogadro podczas kongresu w Karlsruhe w 1860 roku.
Wartość liczbową stałej Avogadro wyrażoną w molach odwrotnych, liczbie bezwymiarowej, nazywamy liczbą Avogadro , czasami oznaczaną N lub N 0 , która jest więc liczbą cząstek zawartych w jednym molu, dokładnie6.022 140 76 × 10 23 .
Wartość stałej Avogadro dobrano tak, aby masa jednego mola związku chemicznego w gramach była liczbowo równa (dla wszystkich praktycznych celów) średniej masie jednej cząsteczki związku w daltonach (uniwersalne jednostki masy atomowej) ; jeden dalton?1/12masy jednego atomu węgla-12 , co w przybliżeniu odpowiada masie jednego nukleonu ( protonu lub neutronu ). Na przykład średnia masa jednej cząsteczki wody wynosi około 18,0153 daltonów, a jeden mol wody ( cząsteczki N ) wynosi około 18,0153 gramów. W ten sposób stała Avogadro N jest współczynnik proporcjonalności ustalającego związek pomiędzy masie substancji do średniej masy jednej cząsteczce oraz liczbę Avogadro jest przybliżona liczba nukleony w jednym gramie zwykłych substancji .
Stała Avogadro wiąże również objętość molową substancji ze średnią objętością nominalnie zajmowaną przez jedną z jej cząstek, gdy obie są wyrażone w tych samych jednostkach objętości. Na przykład, ponieważ objętość molowa wody w normalnych warunkach wynosi około 18 ml/ mol , objętość zajmowana przez jedną cząsteczkę wody wynosi około18/6,022× 10 – 23 mL, czyli około 30 Å 3 ( angstremów sześciennych ). W przypadku substancji krystalicznej podobnie odnosi się do jej objętości molowej (w mol/ml), objętości powtarzającej się komórki elementarnej kryształów (w ml) oraz liczby cząsteczek w tej komórce.
Liczba Avogadro (lub stała) została zdefiniowana na wiele różnych sposobów w swojej długiej historii. Jego przybliżoną wartość po raz pierwszy określił pośrednio Josef Loschmidt w 1865 r. (liczba Avogadro jest ściśle związana ze stałą Loschmidta , a te dwa pojęcia są czasami mylone). Początkowo Jean Perrin zdefiniował ją jako liczbę atomów w 16 gramach od tlenu . Została później przedefiniowana na 14. konferencji Międzynarodowego Biura Miar i Wag (BIPM) jako liczba atomów w 12 gramach izotopu węgla-12 ( 12 C). W każdym przypadku mol zdefiniowano jako ilość substancji, która zawiera taką samą liczbę atomów jak te próbki odniesienia. W szczególności, gdy odniesieniem był węgiel-12, jeden mol węgla-12 zawierał dokładnie 12 gramów pierwiastka.
Definicje te powodowały, że wartość liczby Avogadro zależała od eksperymentalnie wyznaczonej wartości masy (w gramach) jednego atomu tych pierwiastków, a zatem była znana tylko z ograniczoną liczbą cyfr dziesiętnych. Jednak na swojej 26. Konferencji BIPM przyjął inne podejście: od 20 maja 2019 r. zdefiniował liczbę Avogadro jako dokładną wartość N =6.022 140 76 × 10 23 i przedefiniowała mol jako ilość rozważanej substancji, która zawiera N cząstki składowe substancji. Zgodnie z nową definicją masa jednego mola dowolnej substancji (w tym wodoru, węgla-12 i tlenu-16) jest N razy większa od średniej masy jednej z jej cząstek składowych — wielkości fizycznej, której dokładną wartość należy określić doświadczalnie dla każdej substancji.
Historia
Pochodzenie koncepcji
Stała Avogadro została nazwana na cześć włoskiego naukowca Amedeo Avogadro (1776-1856), który w 1811 roku jako pierwszy zaproponował, że objętość gazu (przy danym ciśnieniu i temperaturze) jest proporcjonalna do liczby atomów lub cząsteczek niezależnie od charakter gazu.
Nazwa liczba Avogadro została ukuta w 1909 roku przez fizyka Jeana Perrina , który zdefiniował ją jako liczbę cząsteczek w dokładnie 32 gramach tlenu . Celem tej definicji było sprawienie, aby masa mola substancji w gramach była liczbowo równa masie jednej cząsteczki w stosunku do masy atomu wodoru; która, ze względu na prawo określonych proporcji , była naturalną jednostką masy atomowej i została założona jako 1/16 masy atomowej tlenu.
Pierwsze pomiary
Wartość liczby Avogadro (nieznanej jeszcze pod tą nazwą) po raz pierwszy uzyskał pośrednio Josef Loschmidt w 1865 r., szacując liczbę cząstek w danej objętości gazu. Ta wartość, gęstość liczbowa n 0 cząstek w gazie doskonałym , nazywana jest teraz na jego cześć stałą Loschmidta i jest powiązana ze stałą Avogadro, N A , przez
gdzie p 0 to ciśnienie , R to stała gazowa , a T 0 to temperatura bezwzględna . Z powodu tej pracy, symbol L jest czasami używany dla stałej Avogadro, aw literaturze niemieckiej nazwa ta może być używana dla obu stałych, rozróżnianych tylko jednostkami miary . (Nie należy jednak mylić N A z zupełnie inną stałą Loschmidta w literaturze anglojęzycznej).
Sam Perrin określił liczbę Avogadro za pomocą kilku różnych metod eksperymentalnych. W 1926 otrzymał Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki , głównie za tę pracę.
Ładunek elektryczny na mol elektronów jest stałą zwaną stałą Faradaya i jest znana od 1834 roku, kiedy Michael Faraday opublikował swoje prace na temat elektrolizy . W 1910 roku Robert Millikan dokonał pierwszego pomiaru ładunku elektronu . Podzielenie ładunku mola elektronów przez ładunek pojedynczego elektronu dało dokładniejsze oszacowanie liczby Avogadro.
Definicja SI z 1971 r
W 1971 roku Międzynarodowe Biuro Miar i Wag (BIPM) postanowiło traktować ilość substancji jako niezależny wymiar miary , z molem jako jednostką podstawową w Międzynarodowym Układzie Jednostek Miar (SI). W szczególności mol został zdefiniowany jako ilość substancji, która zawiera tyle jednostek elementarnych, ile jest atomów w 0,012 kilogramach węgla-12 .
Zgodnie z tą definicją, powszechna zasada, że „jeden gram materii zawiera nukleony N 0 ” była dokładna dla węgla-12, ale nieco niedokładna dla innych pierwiastków i izotopów. Z drugiej strony, jeden mol dowolnej substancji zawierał dokładnie tyle cząsteczek, co jeden mol jakiejkolwiek innej substancji.
W konsekwencji tej definicji, w układzie SI stała Avogadro N A miała wymiarowość odwrotności ilości substancji, a nie czystej liczby, i miała przybliżoną wartość6,02 × 10 23 z jednostkami mol -1 . Zgodnie z tą definicją, wartość N A z natury musi być określona doświadczalnie.
BIPM nazwał również N A „ stałą Avogadro ”, ale termin „liczba Avogadro” nadal był używany, zwłaszcza w pracach wprowadzających.
Redefinicja SI z 2019 r.
W 2017 roku BIPM zdecydowało o zmianie definicji mola i ilości substancji. Kret został przedefiniowany jako ilość substancji zawierającej dokładnie6.022 140 76 × 10 23 byty elementarne. Jedną z konsekwencji tej zmiany jest to, że masa mola 12 atomów węgla nie jest już dokładnie 0,012 kg. Z drugiej strony dalton ( znany również jako uniwersalna jednostka masy atomowej) pozostaje niezmieniony jako 1/12 masy 12 C. Tak więc stała masy molowej nie wynosi już dokładnie 1 g/mol, chociaż różnica (4,5 x 10 -10 względnych, w marcu 2019), nie ma znaczenia dla celów praktycznych.
Połączenie z innymi stałymi
Avogadro stała, N jest związana z innymi stałymi i własności fizyczne.
- Odnosi się do molowej stałej gazowej R i stałej Boltzmanna k B , która w SI (od 20 maja 2019 r.) jest zdefiniowana jako dokładnie1.380 649 × 10 −23 J/K :
- = 8,314 462 618 153 24 J⋅K -1 ⋅mol -1
- Odnosi się on do stałej Faradaya F i ładunku elementarnego e , który w SI (od 20 maja 2019 r.) jest zdefiniowany jako dokładnie1,602 176 634 × 10 -19 kulombów :
- = 96 485 0,332 123 310 0184 C/mol
- Odnosi się do stałej masy molowej , M u i stałej masy atomowej m u , obecnie1,660 539 066 60 (50) x 10 -27 kilogram :
- = 0,999 999 999 65 (30) x 10 -3 kg⋅mol -1
Zobacz też
Bibliografia
- ^ B c d Bureau International des Miar i Wag (2019): Międzynarodowy Układ Jednostek Miar (SI) , 9. wydanie, wersja angielska, strona 134. Dostępne na stronie internetowej BIPM .
- ^ HP Lehmann, X. Fuentes-Arderiu i LF Bertello (1996): „Słownik terminów w ilościach i jednostkach w chemii klinicznej (Zalecenia IUPAC-IFCC 1996)”; strona 963, pozycja " Stała Avogadro ". Chemia czysta i stosowana , tom 68, zeszyt 4, strony 957–1000. doi : 10.1351/pac199668040957
- ^ „2018 CODATA Wartość: stała Avogadro” . Odniesienie NIST do stałych, jednostek i niepewności . NIST . 20 maja 2019 r . Źródło 2019-05-20 .
- ^ a b c d e f Międzynarodowe Biuro Wag i Miar (2018): Rezolucje przyjęte - 26th Confernce Générale des Poids et Mesures zarchiwizowane 2018-11-19 w Wayback Machine . Dostępne na stronie BIPM .
- ^ IUPAC , Kompendium Terminologii Chemicznej , wyd. ("Złota Księga") (1997). Wersja poprawiona online: (2006-) „ Stała Avogadro ”. doi : 10.1351/złota księga.A00543
- ^ de Bievre, P.; Peiser, HS (1992). „Waga atomowa: nazwa, jej historia, definicja i jednostki”. Chemia czysta i stosowana . 64 (10): 1535–1543. doi : 10.1351/pac199264101535 . S2CID 96317287 .
- ^ B c Perrin Jean (1909). „Mouvement brownien et réalité moléculaire”. Annales de Chimie et de Physique . 8 e Serie. 18 : 1-114. Wyciąg w języku angielskim, tłumaczenie Frederick Soddy .
- ^ „Amedeo Avogadro” . Źródło 30 października 2020 .
- ^ Linus Pauling (1970), Chemia ogólna , strona 96. Dover Edition, przedrukowany przez Courier w 2014 roku; 992 strony. ISBN 9780486134659
- ^ Marvin Yelles (1971): McGraw-Hill Encyklopedia Nauki i Technologii , tom 9, wydanie 3; 707 stron. ISBN 9780070797987
- ^ Richard P. Feynman (1963): Feynman Wykłady z fizyki , Tom II, wydanie 2; 512 stron. ISBN 9780805390476
- ^ Max Born (1969): Fizyka Atomowa , 8. wydanie. wydanie Dover, przedrukowane przez Courier w 2013 roku; 544 strony. ISBN 9780486318585
- ^ Okun, Lew B .; Lee, AG (1985). Fizyka cząstek: poszukiwanie substancji substancji . OPA Sp. 86. Numer ISBN 978-3-7186-0228-5.
- ^ B Loschmidt, J. (1865). „Zur Grösse der Luftmoleküle”. Sitzungsberichte der Kaiserlichen Akademie der Wissenschaften Wien . 52 (2): 395–413. Tłumaczenie na język angielski .
- ^ Międzynarodowe Biuro Miar (2006), Międzynarodowy Układ Jednostek (SI) (PDF) (8th ed.), s. 114-15, ISBN 92-822-2213-6, zarchiwizowane z oryginału (PDF) dnia 2017-08-14
- ^ Avogadro, Amedeo (1811). „Essai d'une maniere de determinant les masses relatives des molekuły elementaires des corps, et les ratios selon lesquelles elles entrent dans ces combinaisons”. Journal de Physique . 73 : 58-76. Tłumaczenie na język angielski .
- ^ a b c Bureau International des Poids et Mesures (1971): 14th Conference Générale des Poids et Mesures zarchiwizowane 23.09.2020 r. w Wayback Machine Dostępne na stronie internetowej BIPM .
- ^ Panna, SE (1933). „Liczba Loschmidta” . Postęp w nauce . 27 : 634–649. Zarchiwizowane od oryginału w dniu 2005-04-04.
- ^ Oseen, CW (10 grudnia 1926). Przemówienie prezentacyjne do Nagrody Nobla z fizyki w 1926 roku .
- ^ (1974): Wprowadzenie do stałych dla laików, 1900-1920 Z Encyclopaedia Britannica , wydanie 15; reprodukowane przez NIST . Dostęp w dniu 2019-07-03.
- ^ Kotz, John C .; Treichel, Paul M.; Townsend, John R. (2008). Chemia i reaktywność chemiczna (wyd. 7). Brooks/Cole. Numer ISBN 978-0-495-38703-9. Zarchiwizowane od oryginału dnia 2008-10-16.
- ^ Międzynarodowe Biuro Wag i Miar (2017): Proceeding of 106. posiedzenia Międzynarodowego Komitetu Miar i Wag (CIPM), 16-17 i 20 października 2017 , strona 23. Dostępne na stronie internetowej BIPM Zarchiwizowane 2021-02-21 w Wayback Machine .
- ^ Pavese, Franco (styczeń 2018). „Możliwy projekt Rezolucji CGPM dla poprawionego SI, w porównaniu z ostatnim projektem CCU 9. Broszury SI”. Pomiar . 114 : 478–483. doi : 10.1016/j.pomiar.2017.08.020 . ISSN 0263-2241 .
-
^ Lehmann, HP; Fuentes-Arderiu, X.; Bertello, LF (29.02.2016). „Ujednolicona Jednostka Masy Atomowej” . doi : 10.1515/iupac.68.2930 . Cytowanie dziennika wymaga
|journal=
( pomoc ) - ^ „2018 CODATA Wartość: stała masy atomowej” . Odniesienie NIST do stałych, jednostek i niepewności . NIST . 20 maja 2019 r . Źródło 2019-05-20 .
- ^ „2018 CODATA Wartość: stała masy molowej” . Odniesienie NIST do stałych, jednostek i niepewności . NIST . 20 maja 2019 r . Źródło 2019-05-20 .
Zewnętrzne linki
- 1996 definicja stałej Avogadro z Kompendium Terminologii Chemicznej IUPAC (" Złota Księga ")
- Kilka uwag o numerze Avogadro, 6,022 × 10 23 (notatki historyczne)
- Dokładna wartość liczby Avogadro – amerykański naukowiec
- Avogadro i molowe stałe Plancka dla redefinicji kilograma
- Murrell, John N. (2001). „Avogadro i jego stała”. Helvetica Chimica Acta . 84 (6): 1314-1327. doi : 10.1002/1522-2675(20010613)84:6<1314::AID-HLCA1314>3.0.CO;2-Q .
- Zeskanowana wersja „Dwie hipotezy Avogadro”, artykuł Avogadro z 1811 r., na BibNum