Что означает постоянная авогадро
Что такое число Авогадро
Число Авогадро — это число частиц в одном моле любого вещества (атомов, молекул, ионов и др.), т. е. молекулярная масса в граммах и примерно равно 6,02214076 ⋅ 10²³ моль⁻¹. Ещё число Авога́дро называется постоянная Авогадро или константа Авогадро.
Более кратко это число может обозначаться как 6,02 ⋅ 10²³, например: 1 моль железа (Fe) содержит 6,02 · 10²³ атомов Fe.
Моль — это стандартная единица измерения в химии, которая позволяет взвешивать два вещества, таким образом, что получается равное количество атомов (молекул или др.) в обоих веществах.
Обычно число Авогадро обозначается как 
или L.
Чему равен 1 моль?
В одном моле 6,02·10²³ молекул (это число Авогадро).
Что показывает постоянная Авогадро?
Это количество молекул (атомов или др.) вещества на моль. Иногда требуется узнать количество молекул (атомов или др.), которые принимают участие в химической реакции.
Моль — это стандартная единица измерения количества вещества, в котором есть столько же частиц, сколько атомов в 12 г. углерода. Это количество равно постоянной Авогадро, т. е. примерно 6,02 · 10²³ атомов на моль.
Формулы Авогадро
Закон Авогадро
Два газа, взятые в равных объёмах и при одинаковой температуре и давлении, будут иметь одинаковое число молекул (этот закон работает только для газов).
Следствие о молекулярном весе
При равных объёмах любые газы вмещают одинаковое число молекул, следовательно, молекулярный вес (m) газа будет пропорционален его плотности (d):
m = k · d, (где k – коэффициент пропорциональности).
При одинаковых температурах и давлении объем газа (V) прямо пропорционален количеству газа (n):
V / n = k, (где k – коэффициент пропорциональности).
Следствие о молекулярном объёме
При одинаковых температурах и давлении, равное число молекул двух разных газов займут одинаковый объём:
Можно определить количество газообразного вещества (n), поделив объём газа (V) на молярный объём (Vm).
Следствие о молекулярной плотности
ρ = m / V, где ρ — плотность, m — масса, V — объём.
Эта формула, при нормальных условиях и 1 моль газа выглядит таким образом:
Чтобы получить относительную плотность газа (ρ (газа)), нужно поделить молярную массу газа (M) на молярный объём (Vm).
Молекулярная физика. Моль. Постоянная Авогадро. Количество вещества.
Моль — количество вещества, масса которого, выраженная в граммах, численно равна относительной атомной (молекулярной) массе.
Моль — единица количества вещества в СИ (одна из основных единиц СИ).
В 1 моле содержится столько молекул (атомов или других частиц вещества), сколько атомов содержится в 0,012 кг нуклида углерода 12 С с атомной массой 12.
Из этого определения следует, что в одном моле любого вещества содержится одно и то же число атомов или молекул.
Число это называется постоянной Авогадро и обозначается NA:
Постоянная Авогадро (число Авогадро) — это число атомов (молекул, или других структурных элементов вещества), содержащихся в 1 моле.
Постоянная Авогадро — одна из фундаментальных физических констант. Она входит в некоторые другие постоянные, например, в постоянную Больцмана.
Количество вещества.
Количество вещества — это число частиц вещества (атомов, молекул), выраженное в молях. Учитывая определение моля и числа Авогадро, можно сказать, что количество вещества v равно отношению числа молекул N в данном теле к постоянной Авогадро NA, т.е. к числу молекул в 1 моле вещества:
.
Число Авогадро
Современная классическая физика полна архаизмов, одним из которых является «число Авогадро». Вот как оно определяется в современных справочниках по физике:
В 1814 году итальянский учёный Амадео Авогадро (1776 – 1856) опубликовал статью «Очерк об относительных массах молекул простых тел, или предполагаемых плотностях их газа, и о конституции некоторых из их соединений», в которой он сформулировал новый закон:
«…равные объёмы газообразных веществ при одинаковых давлениях и температурах отвечают равному числу молекул, так что плотности различных газов представляют собою меру масс молекул соответствующих газов».
Сам Авогадро ни в этой статье, ни позже, не предпринимал попыток посчитать это самое количество молекул, поэтому в этом смысле он никакого отношения к числу (постоянной) названной его именем не имеет. Вычислять это число стали позже и совсем другие учёные. Поскольку в то время атомная физика только только осваивала открывшиеся горизонты, ни кто и понятие не имел о структуре атома. Но подсчитать открытые Авогадро молекулы очень хотелось.
Первым эту попытку предпринял в 1866 г. Йозеф Лошмидт (1821-1895) и насчитал 1,81*10^(24) молекул в одном куб. метре газа.
Приблизительно в это же время голландский физик Ван дер Ваальс (1837 – 1923) предположил, что молекул в одном моле идеального газа (0,022414 куб. м) должно быть более 4,5*10^(23), что собственно уже представляло собой число Авогадро, но значение, которое ещё было далеко от реального.
В наше время, с иными финансовыми возможностями, «число Авогадро» определили следующим образом.
В 2010 году для этого использовались две сферы, сделанные из кремния-28. Сферы были получены в Институте кристаллографии имени Лейбница и отполированы в австралийском Центре высокоточной оптики настолько гладко, что высоты выступов на их поверхности не превышали 98 нм.
Для их производства был использован высокочистый кремний-28, выделенный в нижегородском Институте химии высокочистых веществ РАН из высокообогащённого по кремнию-28 тетрафторида кремния, полученного в Центральном конструкторском бюро машиностроения в Санкт-Петербурге.
Располагая такими практически идеальными объектами, можно с высокой точностью подсчитать число атомов кремния в шаре и тем самым определить число Авогадро.
Согласно полученным результатам, оно равно 6,02214084(18)*10^(23) моль^(-1). Однако в январе 2011 года были опубликованы результаты новых измерений, считающиеся более точными: N(A) = 6,02214078(18)*10^(23) моль^(-1).
Итак, казалось бы, эпопея с определением «числа Авогадро» подошла к своему финалу. Но не всё так просто.
Для того чтобы понять что же все таки сосчитало это самое «число Авогадро» необходимо разобраться с понятием «моль».
Сегодня под «молем» понимают количество вещества системы, содержащей столько же структурных элементов, сколько содержится атомов в углероде-12 массой 0,012 кг. При применении моля структурные элементы должны быть специфицированы и могут быть атомами, молекулами, ионами, электронами и другими частицами или специфицированными группами частиц.
Итак, под «молем» понимается 12 граммов углерода-12. Зная, сколько весит один атом углерода, не сложно определить, сколько таких атомов содержит один «моль».
В соответствии с таблицей Менделеева углерод-12 содержит в своём составе 6 протонов, 6 нейтронов и 6 электронов.
m(p) – 1,6726*10^(-27) кг;
m(n) – 1,6749*10^(-27) кг;
m(э) – 9,109*10*^(-31) кг.
Масса атома углерода-12 в этом случае равна
М(С) = 6m(p) + 6m(n) + 6m(э) = 20,0905^10(-27) кг
N = 0,012 / М(С) = 5,97297*10^(23) моль^(-1)
А теперь посмотрим, сколько максимум может содержать структурных элементов один килограмм идеального вещества состоящего только из одних протонов:
N(max) = 1 / m(p) = 5,978716*10^(26) кг^(-1) = 5,978716*10^(23) г^(-1)
Таким образом, во-первых, современный «моль» в определении «числа Авогадро» соответствует одному грамму, поэтому не совсем понятно кому нужен был этот мыльный пузырь. А, во-вторых, его «абсолютно точное» значение ни имеет никакого отношения к реальности – это чистой воды алхимия.
АВОГАДРО ЧИСЛО
Моль – количество вещества, которое содержит столько же структурных элементов, сколько атомов содержится в 12 г 12 С, причем структурными элементами обычно являются атомы, молекулы, ионы и др. Масса 1 моль вещества, выраженная в граммах, численно равна его мол. массе. Так, 1 моль натрия имеет массу 22,9898 г и содержит 6,02·10 23 атомов; 1 моль фторида кальция CaF2 имеет массу (40,08 + 2·18,998) = 78,076 г и содержит 6,02·10 23 молекул, как и 1 моль тетрахлорида углерода CCl4, масса которого равна (12,011 + 4·35,453) = 153,823 г и т.п.
Закон Авогадро.
На заре развития атомной теории (1811) А.Авогадро выдвинул гипотезу, согласно которой при одинаковых температуре и давлении в равных объемах идеальных газов содержится одинаковое число молекул. Позже было показано, что эта гипотеза есть необходимое следствие кинетической теории, и сейчас она известна как закон Авогадро. Его можно сформулировать так: один моль любого газа при одинаковых температуре и давлении занимает один и тот же объем, при стандартных температуре и давлении (0° С, 1,01Ч10 5 Па) равный 22,41383 л. Эта величина известна как молярный объем газа.
Сам Авогадро не делал оценок числа молекул в заданном объеме, но понимал, что это очень большая величина. Первую попытку найти число молекул, занимающих данный объем, предпринял в 1865 Й.Лошмидт; было установлено, что в 1 см 3 идеального газа при нормальных (стандартных) условиях содержится 2,68675Ч10 19 молекул. По имени этого ученого указанная величина была названа числом (или постоянной) Лошмидта. С тех пор было разработано большое число независимых методов определения числа Авогадро. Превосходное совпадение полученных значений является убедительным свидетельством реального существования молекул.
Метод Лошмидта
представляет только исторический интерес. Он основан на предположении, что сжиженный газ состоит из плотноупакованных сферических молекул. Измеряя объем жидкости, которая образовалась из данного объема газа, и зная приблизительно объем молекул газа (этот объем можно было представить исходя из некоторых свойств газа, например вязкости), Лошмидт получил оценку числа Авогадро
Определение, основанное на измерении заряда электрона.
Единица количества электричества, известная как число Фарадея F, – это заряд, переносимый одним молем электронов, т.е. F = Ne, где е – заряд электрона, N – число электронов в 1 моль электронов (т.е. число Авогадро). Число Фарадея можно определить, измеряя количество электричества, необходимое для растворения или осаждения 1 моль серебра. Тщательные измерения, выполненные Национальным бюро стандартов США, дали значение F = 96490,0 Кл, а заряд электрона, измеренный разными методами (в частности, в опытах Р.Милликена), равен 1,602Ч10 –19 Кл. Отсюда можно найти N. Этот метод определения числа Авогадро, по-видимому, является одним из самых точных.
Эксперименты Перрена.
Расчеты с использованием числа Авогадро.
С помощью числа Авогадро были получены точные значения массы атомов и молекул многих веществ: натрия, 3,819Ч10 –23 г (22,9898 г/6,02Ч10 23 ), тетрахлорида углерода, 25,54Ч10 –23 г и т.д. Можно также показать, что в 1 г натрия должно содержаться примерно 3Ч10 22 атомов этого элемента.
См. также АТОМНАЯ МАССА.
Что означает постоянная авогадро
Закон Авогадро
Закон Авогадро (иногда называемый гипотезой Авогадро или принципом Авогадро) является экспериментальным газовым законом, связывающим объем газа с количеством вещества, присутствующего в газе.
Закон является частным случаем закона идеального газа.
Закон назван в честь Амедео Авогадро, который в 1811 году выдвинул гипотезу о том, что два образца идеального газа одинакового объема и с одинаковой температурой и давлением содержат одинаковое количество молекул.
На практике реальные газы показывают небольшие отклонения от идеального поведения, и закон выполняется только приблизительно, но все еще является полезным для ученых.
Закон можно записать так:
V = объем газа;
N = количество вещества в газе (измеряется в молях);
k = является константой для данной температуры и давления.
Этот закон описывает, как в одинаковых условиях температуры и давления одинаковые объемы всех газов содержат одинаковое количество молекул.
Для сравнения одного и того же вещества при двух различных наборах условий закон может быть с пользой выражен следующим образом:
V 1 / N1 = V2 / N2
Уравнение показывает, что с увеличением количества молей газа объем газа также увеличивается пропорционально.
Аналогично, если количество молей газа уменьшается, то объем также уменьшается. Таким образом, число молекул или атомов в определенном объеме идеального газа не зависит от их размера или молярной массы газа.
Вывод закона Авогадро следует непосредственно из закона идеального газа:
Решая данное уравнение для V / N получим
которое является постоянным для фиксированной температуры и фиксированного давления.
Гипотеза Авогадро (как это было известно изначально) была сформулирована в том же духе, что и более ранние эмпирические газовые законы, такие как закон Бойля (1662), закон Шарля (1787) и закон Гей-Люссака (1808).
В 1814 году, независимо от Авогадро, Андре-Мари Ампер опубликовал тот же закон с аналогичными выводами.
Экспериментальные исследования, проведенные Чарльзом Фредериком Герхардтом и Огюстом Лораном по органической химии, показали, что закон Авогадро объясняет, почему одинаковые количества молекул в газе имеют одинаковый объем.
Это очевидное противоречие было окончательно разрешено Станислао Канниццаро, как было объявлено на конгрессе в Карлсруэ в 1860 году, через четыре года после смерти Авогадро. Он объяснил, что эти исключения были связаны с молекулярной диссоциацией при определенных температурах, и что закон Авогадро определял не только молекулярные массы, но и атомные массы.
Постоянная Авогадро
Закон Авогадро дает возможность рассчитать количество газа в сосуде.
Благодаря этому открытию Иоганн Йозеф Лошмидт в 1865 году впервые смог оценить размер молекулы.
В 1910 году в эксперименте Милликана о капле масла, определяющем заряд электрона, вместе с константой Фарадея (полученной Майклом Фарадеем в 1834 году) можно определить количество частиц в моле вещества.
В то же время прецизионные эксперименты Жана Батиста Перрена приводят к определению числа Авогадро для обозначения количества молекул в одном грамме молекулы кислорода.
Перрен назвал число в честь Авогадро, за открытие тезки закона.
Молярный объем или откуда взято число 22,4, которое мы используем для вычислений
Применяя формулу, объединяющую уравнение идеального газа и закон Авогадро
подставляем числовые значения ( принимая фиксированные давление и температуру за 101,325 кПа и 273,15 К соответственно, мы можем найти объем одного моля газа):
Vm = (8,314 * 273,15 K) / 101, 325 кПа = 22,4 литр / моль.