Avogadros nummer

Avogadros tal, Avogadros konstant, Avogadros konstant er en  fysisk størrelse numerisk lig med antallet af specificerede strukturelle enheder ( atomer , molekyler [1] , ioner , elektroner eller andre partikler) i 1 mol af et stof [2] . Tidligere defineret som antallet af atomer i 12 gram (præcis) af den rene carbon-12 isotop . Det betegnes normalt som N A [3] , og nogle gange L [4] .

Avogadro-konstanten i det internationale system af enheder ( SI ) ifølge ændringer i definitionerne af basis-SI-enhederne er et heltal nøjagtigt lig med

Nogle gange skelnes der i litteraturen mellem Avogadro-konstanten N A , som har dimensionen mol −1 , og det dimensionsløse heltal Avogadro A [5] [K 1] numerisk lig med denne .

En muldvarp  er mængden af ​​et stof, der indeholder N A strukturelle elementer (det vil sige lige så mange, som der er atomer i 12 g 12 C, ifølge den gamle definition), og de strukturelle elementer er normalt atomer, molekyler, ioner mv. Massen af ​​1 mol af et stof ( molær masse ), udtrykt i gram, er numerisk lig med dets molekylvægt , udtrykt i atomare masseenheder . For eksempel:

• 1 mol natrium har en masse på 22,9898 g og indeholder ca. 6,02⋅10 23 atomer ;
• 1 mol calciumfluorid CaF2 har en masse på ( 40,08 + 2 18,998) = 78,076 g og indeholder 6,02⋅1023 calciumioner og 12,04⋅1023 fluorioner ;
• 1 mol carbontetrachlorid CCl 4 har en masse på (12.011 + 4 35.453) = 153.823 g og indeholder 6.02⋅10 23 molekyler carbontetrachlorid;
• etc.

I slutningen af ​​2011, på den XXIV General Conference on Weights and Measures , blev et forslag enstemmigt vedtaget [7] om at definere muldvarpen i den fremtidige version af International System of Units (SI) på en sådan måde, at dens binding undgås. til definitionen af ​​kilogram . Det blev antaget, at muldvarpen i 2018 vil blive bestemt ud fra Avogadro-tallet, som vil blive tildelt en nøjagtig værdi uden fejl, baseret på måleresultaterne anbefalet af CODATA . Indtil den 20. maj 2019 var Avogadro-tallet en målbar størrelse, som ikke accepteres pr. definition. I 2015, ud fra de mest præcise målinger, blev den anbefalede værdi af Avogadro-tallet NA = 6,022 140 82(11)⋅10 23 mol −1 opnået ved at tage et gennemsnit af resultaterne af forskellige målinger [8] [9] [10 ] .

Avogadros lov

Ved begyndelsen af ​​udviklingen af ​​atomteorien ( 1811 ) fremsatte A. Avogadro en hypotese, ifølge hvilken lige store volumener af ideelle gasser ved samme temperatur og tryk indeholder det samme antal molekyler. Denne hypotese blev senere vist at være en nødvendig konsekvens af den kinetiske teori, og er nu kendt som Avogadros lov. Det kan formuleres som følger: et mol af enhver gas ved samme temperatur og tryk optager samme volumen, under normale forhold svarende til 22,41383  liter . Denne mængde er kendt som gassens molære volumen .

Historien om konstant måling

Avogadro lavede ikke selv skøn over antallet af molekyler i et givet volumen, men han forstod, at dette er en meget stor værdi. Det første forsøg på at finde antallet af molekyler, der optager et givet volumen, blev lavet i 1865 af Josef Loschmidt . Det fulgte af Loschmidts beregninger, at for luft er antallet af molekyler pr. volumenenhed 1,81⋅10 18 cm −3 , hvilket er omkring 15 gange mindre end den sande værdi. Efter 8 år gav Maxwell et meget tættere skøn på "omkring 19 millioner millioner millioner" molekyler pr. kubikcentimeter, eller 1,9⋅10 19 cm −3 . Han anslog Avogadros antal til at være ca.

Faktisk indeholder 1 cm³ af en ideel gas under normale forhold 2,68675⋅10 19 molekyler . Denne størrelse er blevet kaldt Loschmidt-tallet (eller konstanten) . Siden da er der udviklet et stort antal uafhængige metoder til at bestemme Avogadro-tallet. Den fremragende overensstemmelse mellem de opnåede værdier er et overbevisende bevis på det reelle antal molekyler.

I 1908 giver Perrin et acceptabelt skøn beregnet ud fra parametrene for den Brownske bevægelse .

Moderne skøn

Officielt vedtaget i 2010, blev værdien af ​​Avogadros tal målt ved hjælp af to kugler lavet af en enkelt krystal af silicium-28 , dyrket ved Czochralski-metoden . Sfærerne blev bearbejdet på Leibniz Institute of Crystallography og poleret ved Australian Center for High-Precision Optics så glat, at højden af ​​fremspringene på deres overflade ikke oversteg 98 nm med en diameter på omkring 93,75 mm ; overfladens radiale koordinater blev målt ved optisk interferometri med en fejl på 0,3 nm (i størrelsesordenen af ​​tykkelsen af ​​et atomlag) [11] . Til deres produktion blev højrent silicium-28 brugt, isoleret ved Nizhny Novgorod Institute of Chemistry of High-Purity Substances of the Russian Academy of Sciences fra siliciumtetrafluorid højt beriget med silicium-28 , opnået ved Central Design Bureau of Mechanical Ingeniør i St. Petersborg.

Med sådanne praktisk talt ideelle genstande er det muligt med høj nøjagtighed at tælle antallet af siliciumatomer i bolden og derved bestemme Avogadro-tallet. Ifølge de opnåede resultater er det lig med 6,02214084(18) 10 23 mol −1 [12] .

Men i januar 2011 blev resultaterne af nye målinger offentliggjort, som anses for mere nøjagtige [13] : N A = 6,02214078(18)⋅10 23 mol −1 .

På den 24. generalkonference om vægt og mål den 17.-21. oktober 2011 blev en resolution [7] enstemmigt vedtaget , hvori det især blev foreslået i en fremtidig revision af SI at omdefinere muldvarpen, således at Avogadro antallet var nøjagtigt 6,02214X⋅ 10 23 mol −1 , hvor X erstatter et eller flere signifikante tal, der skal bestemmes i den endelige udgivelse baseret på de bedste anbefalinger fra CODATA [14] . I samme resolution foreslås det at bestemme på samme måde de nøjagtige værdier af Plancks konstante , elementære ladning , Boltzmanns konstant og den maksimale lyseffektivitet af monokromatisk stråling til dagssyn .

Værdien af ​​Avogadros nummer anbefalet i 2010 af CODATA var:

Værdien af ​​Avogadro-nummeret anbefalet af CODATA i 2014 var [15] :

Forholdet mellem konstanter

• Produktet af Boltzmann-konstanten og Avogadro-tallet udtrykker den universelle gaskonstant , [16] .
• Gennem produktet af en elementær elektrisk ladning og Avogadro-tallet udtrykkes Faraday-konstanten , [17] .

Se også

• Universal gaskonstant
• Boltzmann konstant
• Ideel gasligning af tilstand
• Molært volumen af ​​gas

Kommentarer

1. ↑ Avogadro-tallet A er en multipel måleenhed af meget store heltal dimensionsløse mængder, numerisk lig med Avogadro-konstanten, det vil sige, A er N A gange større end den oprindelige værdi - det 1. stykke. Avogadro-tallet bruges til kvantitativt at beskrive systemer, der indeholder et så stort antal genstande (normalt partikler og grupper af partikler af et stof), at det bliver ubelejligt og næppe visuelt at angive antallet af disse genstande i stykker. For eksempel vil 1 A tennisbolde dække overfladen af ​​planeten Jorden med et lag 100 km tykt; 1 Og dollarsedler vil dække alle jordens kontinenter med et tæt to-kilometer lag; Sahara-ørkenen indeholder lidt mindre end 3 A sandkorn [6] .

Noter

1. ↑ Tidligere udtrykt som antallet af molekyler i et gram-molekyle eller atomer i et gram-atom .
2. ↑ Avogadro konstant // Physical Encyclopedia / Kap. udg. A. M. Prokhorov . - M .: Soviet Encyclopedia , 1988. - T. 1. - S. 11. - 704 s. — 100.000 eksemplarer.
3. ↑ i modsætning til N , der angiver antallet af partikler ( engelsk partikelnummer ) 
4. ↑ http://www.iupac.org/publications/books/gbook/green_book_2ed.pdf
5. ↑ Press I.A. , Fundamentals of General Chemistry for self-study, 2012 , s. 22-23.
6. ↑ Press I.A. , Fundamentals of General Chemistry for self-study, 2012 , s. 23.
7. ↑ 1 2 Om den mulige fremtidige revision af det internationale enhedssystem, SI. Resolution 1 fra det 24. møde i CGPM (2011).
8. ↑ Et nøjagtigt estimat af Avogadro-tallet vil hjælpe med at give en ny definition af kilogrammet: Videnskab: Videnskab og teknologi: Lenta.ru
9. ↑ Korrelationen af ​​NA-målingerne ved at tælle 28Si-atomer
10. ↑ Mere præcist skøn over Avogadros antal for at hjælpe med at omdefinere kilogram | American Institute of Physics (utilgængeligt link) . Hentet 15. juli 2015. Arkiveret fra originalen 16. juli 2015. (ubestemt) 
11. ↑ Alexey Poniatov. Det sidste kilo gav op  // Videnskab og liv. - 2019. - Nr. 3 . (Russisk)
12. ↑ Fysikere har specificeret Avogadro-tallet for den fremtidige kilogram-standard (utilgængeligt link) . RIA Novosti (20. oktober 2010). Hentet 20. oktober 2010. Arkiveret fra originalen 23. oktober 2010. (Russisk) 
13. ↑ B. Andreas et al., Bestemmelse af Avogadro-konstanten ved at tælle atomerne i en 28 Si Crystal , Phys. Rev. Lett. 106 , 2011, 030801
14. ↑ Aftale om at binde kilogram og venner til fundamentals - fysik-matematik - 25. oktober 2011 - New Scientist
15. ↑ CODATA Værdi: Avogadro konstant
16. ↑ Boltzmann konstant, 1988 .
17. ↑ Faraday konstant, 1998 .

Litteratur

• Boltzmann konstant  // Physical Encyclopedia. - Soviet Encyclopedia , 1988. - T. 1 . - S. 222 . (Russisk)
• Meilikhov E. Z. Avogadros nummer. Hvordan man ser et atom. - Dolgoprudny, Moskva-regionen: Intellekt, 2017. - 86 s. — (Oprindelsen af ​​moderne fysik). - 500 eksemplarer.  — ISBN 978-5-91559-233-8 .
• Tryk på I. A. Grundlæggende om generel kemi til uafhængig undersøgelse. - 2. udg., revideret. - Sankt Petersborg. : Lan, 2012. - 496 s. — ISBN 978-5-8114-1203-7 .
• Faraday konstant  // Physical Encyclopedia. - Soviet Encyclopedia , 1998. - V. 5 . - S. 275 . (Russisk)
• Avogadros nummer // Great Soviet Encyclopedia

Ordbøger og encyklopædier	Flot dansk Fantastisk catalansk Fantastisk norsk Stor russer jorden rundt kroatisk
I bibliografiske kataloger	GND : 4394515-6