- הִיסטוֹרִיָה
- השראות של אמדאו אבוגדרו
- השערה מולקולרית
- חמישים שנה אחר כך
- לידת המונח
- ממה זה מורכב ויחידות
- גרם אטום ומולקולת גרם
- המוני טוחנות ושומה
- כיצד מחושב המספר של אבוגדרו
- שיטות מדידה מדויקות יותר
- יישומים
- תרגילים שנפתרו
- תרגיל 1
- תרגיל 2
- הפניות
מספר אבוגדרו הוא אחד המציין כמה חלקיקים רבים מהווים שומה אחד של חומר. בדרך כלל הוא מיועד על ידי הסמל N A או L, ובעל גודל יוצא דופן: 6.02 · 10 23 , כתוב בסימון מדעי; אם לא משתמשים בו, יהיה עליו לכתוב במלואו: 602000000000000000000000.
כדי להימנע ולהקל על השימוש בו, נוח להתייחס למספר של Avogadro המכנה אותו שומה; זהו השם שניתן ליחידה המתאימה לכמות חלקיקים כזו (אטומים, פרוטונים, נויטרונים, אלקטרונים וכו '). לפיכך, אם תריסר תואם 12 יחידות, שומה מקיפה יחידות N A , מה שמפשט את החישובים הסטואיציומטריים.
המספר של אבוגדרו כתוב בציון מדעי. מקור: PRHaney
מבחינה מתמטית, ייתכן שמספרו של אבוגדרו אינו הגדול מכולם; אך מחוץ לתחום המדע, השימוש בו כדי לציין את הכמות של אובייקט כלשהו יעלה על גבולות הדמיון האנושי.
לדוגמא, שומה של עפרונות הייתה כרוכה בייצור של 6.02 · 10 23 יחידות, ולהשאיר את כדור הארץ ללא ריאות הצמח שלו בתהליך. כמו דוגמה היפותטית זו, גם רבים אחרים שופעים, המאפשרים הצצה לתפארת ושימושיותו של מספר זה לכמויות אסטרונומיות.
אם N A והשומה מתייחסים לכמויות מופקעות של משהו, עד כמה שימושיות הן במדע? כאמור כבר בהתחלה: הם מאפשרים לכם "לספור" חלקיקים קטנים מאוד, שמספרם עצום להפליא אפילו בכמויות של חומר זניח.
הטיפה הקטנה ביותר של נוזל מכילה מיליארדי חלקיקים, כמו גם הכמות המגוחכת ביותר של מוצק נתון שניתן לכביד על איזון כלשהו.
לא להשתמש בייצוג מדעי, השומה מגיעה תמיכה, המציין כמה, פחות או יותר, אותו הוא חומר או תרכובת אל N . לדוגמה, 1 גרם של כסף תואם כ 9 - 10 -3 מולקולות; במילים אחרות, כמעט מאית N A (5.6 · 10 21 אטומי Ag, בערך) "מאכלסת" את הגרם הזה .
הִיסטוֹרִיָה
השראות של אמדאו אבוגדרו
יש אנשים שמאמינים שמספרו של אבוגאדרו היה קבוע שנקבע על ידי לורנצו רומנו אמדאו קרלו אבוגאדרו מקווארגנה וסרטרו, הידוע יותר בכינויו אמדאו אבוגאדרו; עם זאת, עורך דין-מדען זה, שנועד לחקור את המאפיינים של גזים, וכן בהשראת עבודתו של דלתון גיי-Lussac לא היה מי הציג את N .
מדלטון נודע אמדאו אבוגדרו שהמוני הגזים משלבים או מגיבים בפרופורציות קבועות. לדוגמא, מסה של מימן מגיבה לחלוטין עם מסת חמצן גדולה פי שמונה; כאשר לא הושגה פרופורציה זו, נשאר אחד משני הגזים בעודף.
מצד גיי-לוסאק, לעומת זאת, הוא נודע כי נפחי הגזים מגיבים במערכת יחסים קבועה. לפיכך, שני נפחים של מימן מגיבים עם אחד של חמצן לייצור שני נפחים של מים (בצורה של אדים, בהתחשב בטמפרטורות הגבוהות שנוצרו).
השערה מולקולרית
בשנת 1811 עיבד אבוגדרו את רעיונותיו כדי לנסח את ההשערה המולקולרית שלו, בה הסביר כי המרחק המפריד בין מולקולות גזים הוא קבוע כל עוד הלחץ והטמפרטורה לא משתנים. מרחק זה, אם כן, מגדיר את הנפח שגז יכול לתפוס במכל עם מחסומים הניתנים להרחבה (למשל, בלון).
לפיכך, בהינתן מסה של גז A, m A , ומסת גז B, m B , m A ו- m B תהיה אותה נפח בתנאים רגילים (T = 0ºC, ו- P = 1 אטם) אם לשני הגזים האידיאליים יש אותו מספר מולקולות; זו הייתה ההשערה, כיום החוק, של אבוגדרו.
מהתצפיות שלו הוא גם הסיק כי הקשר בין צפיפות הגזים, שוב A ו- B, זהה לזה של ההמונים המולקולריים היחסיים שלהם (ρ A / ρ B = M A / M B ).
ההצלחה הגדולה ביותר שלו הייתה להכניס את המושג 'מולקולה' כפי שהוא מכונה כיום. אבוגדרו התייחס למימן, חמצן ומים כאל מולקולות ולא כאטומים.
חמישים שנה אחר כך
הרעיון של המולקולות הדיאטומיות שלו נפגש עם עמידות חזקה בקרב כימאים במאה ה -19. למרות שאמדאו אבוגאדרו לימד פיזיקה באוניברסיטת טורינו, עבודתו לא התקבלה היטב, ובצל צל הניסויים והתצפיות של כימאים ידועים יותר, ההשערה שלו נקברה במשך חמישים שנה.
אפילו תרומתו של המדען הידוע אנדרה אמפר, שתמך בהשערה של אבוגדרו, לא הספיקה בכימאים לשקול זאת ברצינות.
רק בקונגרס קרלסרוהה, גרמניה בשנת 1860, הציל הכימאי האיטלקי הצעיר, סטניסלאו קניזוארו, את עבודתו של אבוגאדרו כתגובה לתוהו ובוהו בגלל היעדר המוני אטום אמינים ומוצקים ומשוואות כימיות.
לידת המונח
מה שמכונה 'המספר של אבוגדרו' הוצג על ידי הפיזיקאי הצרפתי ז'אן בפטיסט פרין, כמעט מאה שנה לאחר מכן. הוא קבע קירוב ל- N A בשיטות שונות מתוך עבודתו על תנועה בראונית.
ממה זה מורכב ויחידות
גרם אטום ומולקולת גרם
המספר של אבוגדרו ושומה קשורים; עם זאת, השנייה הייתה קיימת לפני הראשונה.
מתוך הכרת המסות היחסיות של האטומים, הוצגה יחידת המסה האטומית (אמו) כשתים עשרה מאטום איזוטופי פחמן 12; בערך המסה של פרוטון או נויטרון. באופן זה, היה ידוע כי פחמן כבד פי שתיים ממימן; כלומר 12 צלזיוס שוקל 12u, ו- 1 H שוקל 1 u.
עם זאת, כמה מסה אמה אחת באמת שווה? כמו כן, כיצד ניתן יהיה למדוד את המסה של חלקיקים כה קטנים? ואז עלה הרעיון של האטום-מולקולת גרם-המולקולה, שהוחלפו אחר-כך בשומה. יחידות אלה חיברו בנוחות את הגראם לאמו כדלקמן:
12 גרם 12 C = N ma
מספר 12 אטומי C N כפול המסה האטומית שלהם נותן ערך זהה מספרית למסה האטומית היחסית (12 אמו). לכן, 12 גרם של 12 C השתווה אטום גרם אחד; 16 גרם של 16 O, לאטום גרם אחד של חמצן; 16 גרם של CH 4 , מולקולת גרם אחד למתאן וכן הלאה עם אלמנטים או תרכובות אחרות.
המוני טוחנות ושומה
גרעין האטום והמולקולה גרם, ולא יחידות, כללו את המוני המולאר של האטומים והמולקולות בהתאמה.
לפיכך, ההגדרה של שומה הופכת: היחידה המיועדת למספר האטומים שנמצאים ב 12 גרם פחמן טהור 12 (או 0.012 ק"ג). ובינתיים, הוא הפך מסומן N N .
אז המספר של אבוגדרו מורכב באופן רשמי ממספר האטומים המרכיבים 12 גרם פחמן 12 כאלה; והיחידה שלו היא השומה ונגזרותיה (kmol, mmol, lb-mol, וכו ').
מסות טוחנות הן מסות מולקולריות (או אטומיות) המתבטאות כפונקציה של שומות.
לדוגמא, המסה הטוחנית של O 2 היא 32 גרם / מול; כלומר, מול מולקולות חמצן יש מסה של 32 גר ', ולמולקולה של O 2 יש מסה מולקולרית של 32 u. באופן דומה, המסה הטוחנית של H היא 1 גרם / מול: מול אחד של אטומי H יש מסה של 1 גרם, ולאטום H אחד יש מסה אטומית של 1 U.
כיצד מחושב המספר של אבוגדרו
כמה שומה? מה הערך של N A כך שלמאסות האטומיות והמולקולריות יש ערך מספרי זהה לזה של ההמונים הטוחניים? כדי לגלות, יש לפתור את המשוואה הבאה:
12 גרם 12 C = N A ma
אבל אמא היא 12 אמו.
12 גרם 12 C = N A 12uma
אם אתה יודע כמה שווה אמו (1,667 10 -24 גרם), אתה יכול לחשב ישירות N A :
N A = (12 גרם / 2 · 10-23 גרם)
= 5,998 10 23 אטומים של 12 צלזיוס
האם המספר הזה זהה למספר שהוצג בתחילת המאמר? מס בעוד עשרוניים לשחק נגד, יש הם חישובים מדויקים רבים יותר כדי לקבוע N .
שיטות מדידה מדויקות יותר
אם ידועה בעבר ההגדרה של שומה, במיוחד שומה של אלקטרונים והמטען החשמלי שהם נושאים (כ 96,500 צלזיוס / שומה), בידיעת המטען של אלקטרון בודד (1,602 × 10 −19 צלזיוס), נוכל חשב גם את N A באופן זה:
N A = (96500 C / 1.602 × 10 −19 C)
= 6.0237203 10 23 אלקטרונים
ערך זה נראה אפילו טוב יותר.
דרך נוספת לחשב אותה מורכבת מטכניקות קריסטלוגרפיות של רנטגן, באמצעות כדור סיליקון טהור במיוחד של 1 ק"ג. לשם כך משתמשים בפורמולה:
N A = n (V u / V m )
כאשר n הוא מספר האטומים שנמצאים בתא היחידה של גביש סיליקון (n = 8), ו- V u ו- V m הם הנפחים של היחידה והתא הטוחנת, בהתאמה. בידיעת המשתנים של גביש הסיליקון, ניתן לחשב את המספר של Avogadro בשיטה זו.
יישומים
המספר של אבוגדרו מאפשר במהותו לבטא את הכמויות התהומות של חלקיקים יסודיים בגרמים פשוטים, אותם ניתן למדוד על איזונים אנליטיים או בסיסיים. לא רק זאת: אם נכס אטומי מוכפל ב- N A , הביטוי שלו יתקבל בסולמות מקרוסקופיים, הנראים בעולם ובעין בלתי מזוינת.
לכן, ולא בכדי, מספרים כי מספר זה מתפקד כגשר בין המיקרוסקופי והמקרוסקופי. לרוב זה נמצא בעיקר בפיזיקו-כימיה, כאשר מנסים לקשר בין התנהגות מולקולות או יונים לבין התופעה של השלבים הפיזיים שלהם (נוזל, גז או מוצק).
תרגילים שנפתרו
חישובים בסעיף שני דוגמאות לתרגילים המשתמשים ב- N הופנו אל . ואז נמשיך לפתור שניים נוספים.
תרגיל 1
מה המסה של מולקולה של H 2 O?
אם ידוע שהמסה הטוחנית שלה היא 18 גרם / מולקולה, אז מולקולות H 2 O יש מסה של 18 גרם; אבל השאלה מתייחסת למולקולה אינדיבידואלית, לבדה. כדי לחשב את המסה שלה משתמשים בגורמי ההמרה:
(18 גרם / מול H 2 O) · (מול H 2 O / 6.02 · 10 23 מולקולות H 2 O) = 2.99 · 10 -23 גרם / מולקולה H 2 O
כלומר, למולקולה של H 2 O יש מסה של 2.99 · 10 -23 גרם.
תרגיל 2
כמה אטומים של מתכת דיספרוזיום (Dy) יכילו חתיכה ממנה שהמסה שלהם היא 26 גר '?
המסה האטומית של דיספרוסיום היא 162.5 u, שווה ל 162.5 גרם / מול באמצעות המספר של Avogadro. שוב אנו ממשיכים עם גורמי ההמרה:
(26 גרם) · (מול Dy / 162.5 גרם) · (6.02 · 10 23 אטומי dy / מול dy ) = 9.63 · 10 22 אטומי dy
ערך זה קטן פי 0.16 מ- N A (9.63 · 10 22 / 6.02 · 10 23 ), ולפיכך, ביצירה האמורה יש 0.16 מולס דיספרוזיום (ניתן לחשב זאת גם עם 26/162 , 5).
הפניות
- ויקיפדיה. (2019). אבוגדרו קבוע. התאושש מ: en.wikipedia.org
- אטברי ג'ונתן. (2019). מה המספר של אבוגדרו? HowStuffWorks. התאושש מ: science.howstuffworks.com
- ראיין בנואה, מייקל תאילנד, צ'רלי וואנג וג'ייקוב גומז. (02 במאי 2019). הקבוע של השומה ואבוגדרו. כימיה LibreTexts. התאושש מ: chem.libretexts.org
- יום השומה. (sf). ההיסטוריה של מספר אבוגדרו: 6.02 10 פעמים כדי 23 rd . התאושש מ: moleday.org
- הלמנסטין, אן מארי, דוקטורט. (06 בינואר, 2019). קביעה ניסיונית של המספר של אבוגדרו. התאושש מ: thoughtco.com
- Tomás Germán. (sf). המספר של אבוגדרו. IES דומינגו מיראל. התאושש מ: iesdmjac.educa.aragon.es
- חואקין סן פרוטוס פרננדס. (sf). תפיסת המספר והשומה של אבוגדרו. התאושש מ: encina.pntic.mec.es
- ברנרדו הרדון. (3 בספטמבר 2010). קונגרס קרלסרוהה: 150 שנה. התאושש מ: madrimasd.org
- ג'ורג 'מ. בודנר. (16 בפברואר 2004). כיצד נקבע המספר של אבוגדרו? סיינטיפיק אמריקן. התאושש מ: scientamerican.com