Количество вещество и постоянна дефиниция на авогадро. Числото на Авогадро: интересна информация

Законът на Авогадро в химията помага да се изчисли обемът, моларната маса, количеството на газообразно вещество и относителната плътност на газа. Хипотезата е формулирана от Амедео Авогадро през 1811 г. и по-късно е потвърдена експериментално.

закон

Джоузеф Гей-Лусак е първият, който изучава реакциите на газовете през 1808 г. Той формулира законите топлинно разширениегазове и обемни съотношения, получени от хлороводород и амоняк (два газа) кристално вещество- NH4Cl (амониев хлорид). Оказа се, че за създаването му е необходимо да се вземат същите обеми газове. Освен това, ако един газ е в излишък, тогава „допълнителната“ част след реакцията остава неизползвана.

Малко по-късно Авогадро формулира заключението, че при еднакви температури и налягания равни обеми газове съдържат еднакъв брой молекули. В този случай газовете могат да имат различни химични и физични свойства.

Ориз. 1. Амедео Авогадро.

От закона на Авогадро следват две следствия:

• първи - един мол газ при еднакви условия заема същия обем;
• второ - съотношението на масите на равни обеми на два газа е равно на съотношението на техните моларни маси и изразява относителната плътност на един газ по отношение на друг (означен с D).

Нормалните условия (n.s.) са налягане P=101,3 kPa (1 atm) и температура T=273 K (0°C). При нормални условия моларният обем на газовете (обемът на веществото към неговото количество) е 22,4 l / mol, т.е. 1 мол газ (6,02 ∙ 10 23 молекули - постоянното число на Авогадро) заема обем от 22,4 литра. Моларен обем (V m) е постоянна стойност.

Ориз. 2. Нормални условия.

Разрешаване на проблем

Основното значение на закона е възможността за извършване на химически изчисления. Въз основа на първото следствие от закона можете да изчислите количеството газообразно вещество чрез обема, като използвате формулата:

където V е обемът на газа, V m е моларният обем, n е количеството вещество, измерено в молове.

Второто заключение от закона на Авогадро се отнася до изчисляването на относителната плътност на газ (ρ). Плътността се изчислява по формулата m/V. Ако вземем предвид 1 мол газ, тогава формулата за плътност ще изглежда така:

ρ (газ) = ​​M/V m,

където М е масата на един мол, т.е. моларна маса.

За да се изчисли плътността на един газ от друг газ, е необходимо да се знае плътността на газовете. Общата формула за относителната плътност на газ е следната:

D(y)x = ρ(x) / ρ(y),

където ρ(x) е плътността на единия газ, ρ(y) е плътността на втория газ.

Ако заместим изчислението на плътността във формулата, получаваме:

D (y) x \u003d M (x) / V m / M (y) / V m.

Моларният обем намалява и остава

D(y)x = M(x) / M(y).

Помислете за практическото приложение на закона на примера на два проблема:

• Колко литра CO 2 ще бъдат получени от 6 mol MgCO 3 в реакцията на разлагане на MgCO 3 в магнезиев оксид и въглероден диоксид (n.o.)?
• Каква е относителната плътност на CO 2 за водорода и за въздуха?

Нека първо решим първия проблем.

n(MgCO3) = 6 mol

MgCO 3 \u003d MgO + CO 2

Количеството магнезиев карбонат и въглероден диоксид е еднакво (по една молекула), следователно n (CO 2) \u003d n (MgCO 3) \u003d 6 mol. От формулата n \u003d V / V m можете да изчислите обема:

V = nV m , т.е. V (CO 2) \u003d n (CO 2) ∙ V m \u003d 6 mol ∙ 22,4 l / mol = 134,4 l

Отговор: V (CO 2) \u003d 134,4 l

Решение на втория проблем:

• D (H2) CO 2 \u003d M (CO 2) / M (H 2) \u003d 44 g / mol / 2 g / mol \u003d 22;
• D (въздух) CO 2 \u003d M (CO 2) / M (въздух) \u003d 44 g / mol / 29 g / mol = 1,52.

Ориз. 3. Формули за количеството на веществото по обем и относителна плътност.

Формулите на закона на Авогадро работят само за газообразни вещества. Те не се отнасят за течности и твърди вещества.

Какво научихме?

Според формулировката на закона равни обеми газове при еднакви условия съдържат еднакъв брой молекули. При нормални условия (n.c.) стойността на моларния обем е постоянна, т.е. V m за газове винаги е 22,4 l/mol. От закона следва, че същият брой молекули различни газовепри нормални условия те заемат еднакъв обем, както и относителната плътност на един газ в друг - отношението на моларната маса на един газ към моларната маса на втория газ.

Тематическа викторина

Доклад за оценка

Среден рейтинг: четири . Общо получени оценки: 261.

Един мол е количеството вещество, което съдържа толкова структурни елементи, колкото има атоми в 12 g 12 C, и изграждащи блоковеобикновено са атоми, молекули, йони и т.н. Масата на 1 mol вещество, изразена в грамове, е числено равна на неговия mol. маса. И така, 1 мол натрий има маса 22,9898 g и съдържа 6,02 10 23 атома; 1 mol калциев флуорид CaF 2 има маса (40,08 + 2 18,998) = 78,076 g и съдържа 6,02 10 23 молекули, като 1 mol тетрахлорметан CCl 4, чиято маса е (12,011 + 4 35,453) = 153,823 g и т.н.

Закон на Авогадро.

В зората на развитието на атомната теория (1811 г.) А. Авогадро излага хипотеза, според която при една и съща температура и налягане равни обеми идеални газове съдържат еднакъв брой молекули. По-късно беше доказано, че тази хипотеза е необходимо следствие от кинетичната теория и сега е известна като закон на Авогадро. Може да се формулира по следния начин: един мол от всеки газ при същата температура и налягане заема същия обем, при стандартна температура и налягане (0 ° C, 1,01 × 10 5 Pa), равен на 22,41383 литра. Това количество е известно като моларен обем на газа.

Самият Авогадро не е направил оценки за броя на молекулите в даден обем, но е разбрал, че това е много голямо количество. Първият опит да се намери броят на молекулите, заемащи даден обем, е направен през 1865 г. от J. Loschmidt; установено е, че 1 cm 3 идеален газ при нормални (стандартни) условия съдържа 2,68675×10 19 молекули. По името на този учен определената стойност се нарича числото на Лошмид (или константа). Оттогава е разработен голямо числонезависими методи за определяне на числото на Авогадро. Отличното съответствие на получените стойности е убедително доказателство за реалното съществуване на молекулите.

Метод на Лошмид

представлява само исторически интерес. Основава се на предположението, че втечнен газсе състои от плътно опаковани сферични молекули. Чрез измерване на обема на течността, която е образувана от даден обем газ, и знаейки приблизително обема на газовите молекули (този обем може да бъде представен въз основа на някои свойства на газа, като вискозитет), Лошмид получава оценка на Avogadro число ~10 22 .

Дефиниция, базирана на измерването на заряда на електрона.

Единицата за количество електричество, известна като числото на Фарадей Е, е зарядът, носен от един мол електрони, т.е. Е = не, където де зарядът на електрона, н- броят на електроните в 1 mol електрони (т.е. числото на Авогадро). Числото на Фарадей може да се определи чрез измерване на количеството електричество, необходимо за разтваряне или утаяване на 1 мол сребро. Внимателни измервания, направени от Националното бюро по стандартизация на САЩ, дадоха стойността Е= 96490.0 C и е измерен зарядът на електрона различни методи(по-специално в експериментите на R. Milliken), е равна на 1,602 × 10 -19 C. От тук можете да намерите н. Този метод за определяне на числото на Авогадро изглежда е един от най-точните.

Експериментите на Перин.

Въз основа на кинетичната теория е получен израз, включващ числото на Авогадро, който описва намаляването на плътността на газ (например въздух) с височината на колоната на този газ. Ако можем да изчислим броя на молекулите в 1 cm 3 газ на две различни височини, тогава, използвайки посочения израз, бихме могли да намерим н. За съжаление това не може да се направи, тъй като молекулите са невидими. Въпреки това през 1910 г. J. Perrin показа, че горният израз е валиден и за суспензии от колоидни частици, които се виждат под микроскоп. Преброяването на броя на частиците на различни височини в суспензионната колона дава число на Авогадро от 6,82 x 10 23. От друга серия от експерименти, в които е измерено средноквадратичното изместване на колоидните частици в резултат на тяхното брауново движение, Перин получава стойността н\u003d 6,86 × 10 23. Впоследствие други изследователи повториха някои от експериментите на Перин и получиха стойности, които са в добро съответствие с приетите в момента. Трябва да се отбележи, че експериментите на Перин станаха повратна точка в отношението на учените към атомната теория на материята - по-рано някои учени я смятаха за хипотеза. У. Оствалд, изключителен химик от онова време, изрази тази промяна в своите възгледи по следния начин: „Съответствието на Брауновото движение с изискванията на кинетичната хипотеза ... принуди дори най-песимистичните учени да говорят за експериментално доказателство за атомната теория.

Изчисления с помощта на числото на Авогадро.

С помощта на числото на Авогадро са получени точните маси на атомите и молекулите на много вещества: натрий, 3,819×10 -23 g (22,9898 g / 6,02×10 23), тетрахлорметан, 25,54×10 -23 g и др. . Може също да се покаже, че 1 g натрий трябва да съдържа приблизително 3 × 10 22 атома от този елемент.
Вижте също

Италианският учен Амедео Авогадро, съвременник на А. С. Пушкин, пръв разбра, че броят на атомите (молекулите) в един грам-атом (мол) на веществото е еднакъв за всички вещества. Познаването на това число отваря пътя за оценка на размера на атомите (молекулите). По време на живота на Авогадро неговата хипотеза не получи необходимото признание. Историята на числото Авогадро е посветена нова книгаЕвгений Залманович Мейлихов, професор в Московския физико-технологичен институт, главен научен сътрудник в Националния изследователски център „Курчатовски институт“.

Ако в резултат на някаква световна катастрофа цялото натрупано знание бъде унищожено и само една фраза ще стигне до бъдещите поколения живи същества, тогава кое твърдение, съставено от най-малък брой думи, ще донесе най-много информация? Вярвам, че това е атомната хипотеза:<...>всички тела са съставени от атоми – малки тела, които са в постоянно движение.

Р. Файнман, „Лекциите на Фейнман по физика“

Числото на Авогадро (константа на Авогадро, константа на Авогадро) се определя като броя на атомите в 12 грама от чистия изотоп въглерод-12 (12 C). Обикновено се обозначава като нА, по-рядко Л. Стойността на числото на Авогадро, препоръчана от CODATA (работна група по фундаментални константи) през 2015 г.: н A = 6,02214082(11) 1023 mol −1. Един мол е количеството вещество, което съдържа н A структурни елементи (т.е. толкова елементи, колкото атоми има в 12 g 12 C), а структурните елементи обикновено са атоми, молекули, йони и т.н. По дефиниция единицата за атомна маса (amu) е 1/12 от маса на атом 12 C. Един мол (грам-мол) от вещество има маса (моларна маса), която, когато е изразена в грамове, е числено равна на молекулното тегло на това вещество (изразено в единици за атомна маса). Например: 1 mol натрий има маса 22,9898 g и съдържа (приблизително) 6,02 10 23 атома, 1 mol калциев флуорид CaF 2 има маса (40,08 + 2 18,998) = 78,076 g и съдържа (приблизително) 6 . 02 10 23 молекули.

В края на 2011 г. на XXIV Генерална конференция по мерки и теглилки беше единодушно прието предложение за дефиниране на мола в бъдеща версия на Международната система от единици (SI) по такъв начин, че да се избегне обвързването му с определението от грам. Предполага се, че през 2018 г. бенката ще се определя директно от числото на Авогадро, на което ще бъде присвоена точна (без грешка) стойност въз основа на резултатите от измерването, препоръчани от CODATA. Засега числото на Авогадро не се приема по дефиниция, а е измерена стойност.

Тази константа е кръстена на известния италиански химик Амедео Авогадро (1776–1856), който, въпреки че самият той не знае това число, разбира, че това е много голяма стойност. В зората на развитието на атомната теория Авогадро излага хипотеза (1811 г.), според която при една и съща температура и налягане в равни обемиидеалните газове съдържат еднакъв брой молекули. По-късно беше доказано, че тази хипотеза е следствие от кинетичната теория на газовете и сега е известна като закон на Авогадро. Може да се формулира по следния начин: един мол от всеки газ при същата температура и налягане заема същия обем, при нормални условия равен на 22,41383 литра (нормалните условия съответстват на налягането П 0 = 1 atm и температура T 0 = 273,15 K). Това количество е известно като моларен обем на газа.

Първият опит да се намери броят на молекулите, заемащи даден обем, е направен през 1865 г. от J. Loschmidt. От неговите изчисления следва, че броят на молекулите на единица обем въздух е 1,8 10 18 cm −3, което, както се оказа, е около 15 пъти по-малко от правилната стойност. Осем години по-късно J. Maxwell дава оценка, много по-близка до истината - 1,9 · 10 19 cm −3 . Накрая, през 1908 г., Перин дава вече приемлива оценка: н A = 6,8 10 23 mol −1 Числото на Авогадро, намерено от експерименти върху брауновото движение.

Оттогава са разработени голям брой независими методи за определяне на числото на Авогадро и по-точни измервания показват, че в действителност има (приблизително) 2,69 x 10 19 молекули в 1 cm 3 идеален газ при нормални условия. Това количество се нарича число на Лошмид (или константа). Съответства на числото на Авогадро н A ≈ 6,02 10 23 .

Числото на Авогадро е една от важните физически константи, които играят голяма роляв развитието на природните науки. Но дали това е „универсална (фундаментална) физическа константа“? Самият термин не е дефиниран и обикновено се свързва с повече или по-малко подробна таблица на числените стойности на физическите константи, които трябва да се използват при решаването на проблеми. В това отношение фундаменталните физически константи често се считат за онези количества, които не са константи от природата и дължат съществуването си само на избраната система от единици (като например магнитните и електрическите вакуумни константи) или условни международни споразумения (като, например единицата за атомна маса). Фундаменталните константи често включват много производни величини (например газовата константа Р, класическият електронен радиус r e= д 2 / мд ° С 2 и т.н.) или, както в случая с моларния обем, стойността на някакъв физичен параметър, свързан със специфични експериментални условия, които са избрани само от съображения за удобство (налягане 1 atm и температура 273,15 K). От тази гледна точка числото на Авогадро е наистина фундаментална константа.

Тази книга е посветена на историята и развитието на методите за определяне на това число. Епосът продължава около 200 години и различни етапие свързано с различни физически модели и теории, много от които не са загубили своето значение и до днес. Най-ярките научни умове имаха пръст в тази история - достатъчно е да посочим А. Авогадро, Дж. Лошмид, Дж. Максуел, Дж. Перин, А. Айнщайн, М. Смолуховски. Списъкът може да продължи безкрайно...

Авторът трябва да признае, че идеята за книгата не принадлежи на него, а на Лев Федорович Соловейчик, негов съученик в Московския физико-технологичен институт, човек, който се занимава с приложни изследвания и разработки, но остава романтик физик по душа. Това е човек, който (един от малкото) продължава „дори в нашия жесток век“ да се бори за истинско „висше“ физическо образование в Русия, оценява и, доколкото е възможно, насърчава красотата и елегантността на физическите идеи . Известно е, че от сюжета, който А. С. Пушкин представи на Н. В. Гогол, възникна блестяща комедия. Разбира се, тук не е така, но може би и тази книга ще бъде полезна на някого.

Тази книга не е „научно-популярен“ труд, въпреки че може да изглежда така на пръв поглед. Той обсъжда сериозна физика на някакъв исторически фон, използва сериозна математика и обсъжда доста сложни научни модели. Всъщност книгата се състои от две (невинаги рязко разграничени) части, предназначени за различни читатели – на някои може да им е интересна от историческа и химическа гледна точка, а на други да се фокусира върху физико-математическата страна на проблема. Авторът е имал предвид любознателен читател - студент от Физическия или Химическия факултет, който не е чужд на математиката и е запален по историята на науката. Има ли такива студенти? Авторът не знае точния отговор на този въпрос, но въз основа на собствен опит, надежди има.

Въведение (съкратено) към книгата: Мейлихов Е. З. Числото на Авогадро. Как да видите атом. - Dolgoprudny: Издателска къща "Интелект", 2017 г.

Количество веществоν е равно на отношението на броя на молекулите в дадено тяло към броя на атомите в 0,012 kg въглерод, т.е. броят на молекулите в 1 мол вещество.
ν = N / N A
където N е броят на молекулите в дадено тяло, N A е броят на молекулите в 1 мол от веществото, което изгражда тялото. N A е константата на Авогадро. Количеството вещество се измерва в молове. Константа на Авогадрое броят на молекулите или атомите в 1 мол вещество. Тази константа получи името си в чест на италианския химик и физик Амедео Авогадро(1776 - 1856). 1 мол от всяко вещество съдържа същия брой частици.
N A \u003d 6,02 * 10 23 mol -1 Моларна масае масата на веществото, взето в количество от един мол:
μ = m 0 * N A
където m 0 е масата на молекулата. Моларната маса се изразява в килограми на мол (kg/mol = kg*mol -1). Моларната маса е свързана с относителната молекулна маса чрез връзката:

μ \u003d 10 -3 * M r [kg * mol -1]
Масата на всяко количество вещество m е равна на произведението на масата на една молекула m 0 от броя на молекулите:
m = m 0 N = m 0 N A ν = μν
Количеството на веществото е равно на съотношението на масата на веществото към неговата моларна маса:

ν = m / μ
Масата на една молекула от веществото може да се намери, ако са известни моларната маса и константата на Авогадро:
m 0 = m / N = m / νN A = μ / N A

Идеален газ- математически модел на газ, в който се приема, че потенциалната енергия на взаимодействието на молекулите може да бъде пренебрегната в сравнение с тяхната кинетична енергия. Между молекулите няма сили на привличане или отблъскване, сблъсъците на частиците помежду си и със стените на съда са абсолютно еластични, а времето на взаимодействие между молекулите е пренебрежимо малко в сравнение със средното време между сблъсъци. В разширения модел на идеален газ частиците, от които той се състои, също имат форма под формата на еластични сфери или елипсоиди, което позволява да се вземе предвид енергията не само на транслационно, но и на ротационно-колебателно движение , както и не само централни, но и нецентрални сблъсъци на частици и т.н.)