- Istorie
- Inspirații ale lui Amedeo Avogadro
- Ipoteza moleculară
- Cincizeci de ani mai târziu
- Nașterea termenului
- Din ce constă și unități
- Atom-gram și moleculă-gram
- Masele molare și alunițele
- Cum se calculează numărul lui Avogadro
- Metode de măsurare mai precise
- Aplicații
- Exerciții rezolvate
- Exercitiul 1
- Exercițiul 2
- Referințe
Numărul Avogadro este unul care indică câte particule cuprind un mol de materie. În mod normal este desemnat de simbolul N A sau L și are o magnitudine extraordinară: 6,02 · 10 23 , scris cu nota științifică; dacă nu este utilizat, ar trebui să fie scris integral: 602000000000000000000000.
Pentru a evita și a facilita utilizarea acestuia, este convenabil să ne referim la numărul lui Avogadro care îl numește aluniță; acesta este numele dat unității care corespunde unei astfel de cantități de particule (atomi, protoni, neutroni, electroni etc.). Astfel, dacă o duzină corespunde 12 unități, o aluniță cuprinde unități N A , simplificând calculele stoechiometrice.
Numărul lui Avogadro scris cu nota științifică. Sursa: PRHaney
Din punct de vedere matematic, numărul lui Avogadro nu poate fi cel mai mare dintre toate; dar în afara domeniului științei, folosirea acesteia pentru a indica cantitatea oricărui obiect ar depăși limitele imaginației umane.
De exemplu, o aluniță de creioane ar implica fabricarea a 6,02 · 10 23 unități, lăsând Pământul fără plămânii săi în proces. La fel ca acest exemplu ipotetic, multe altele abundă, care permit o strălucire a măreției și aplicabilității acestui număr pentru cantități astronomice.
Dacă N A și alunița se referă la cantități exorbitante de ceva, cât de utile sunt în știință? Așa cum sa spus chiar la început: vă permit să „numărați” particule foarte mici, ale căror numere sunt incredibil de vaste chiar și în cantități neglijabile de materie.
Cea mai mică picătură a unui lichid conține miliarde de particule, precum și cea mai ridicolă cantitate a unui solid dat care poate fi cântărit pe orice echilibru.
Nu folosiți notația științifică, cârtița vine în sprijinul, indicând cât de mult, mai mult sau mai puțin, este o substanță sau compus la N A . De exemplu, 1 g de argint corespunde la aproximativ 9 · 10 -3 mol; cu alte cuvinte, aproape o sutime din N A (5,6 · 10 21 atomi de ag, aproximativ) „locuiesc” acel gram .
Istorie
Inspirații ale lui Amedeo Avogadro
Unii oameni cred că numărul lui Avogadro era o constantă determinată de Lorenzo Romano Amedeo, Carlo Avogadro din Quaregna și Cerreto, mai cunoscut sub numele de Amedeo Avogadro; Cu toate acestea, acest om de știință avocat, consacrat studierii proprietăților gazelor, și inspirat de lucrările lui Dalton și Gay-Lussac nu a fost cel care a introdus N A .
De la Dalton, Amadeo Avogadro a aflat că masele de gaze se combină sau reacționează în proporții constante. De exemplu, o masă de hidrogen reacționează complet cu o masă de oxigen de opt ori mai mare; când această proporție nu a fost îndeplinită, unul dintre cele două gaze a rămas în exces.
De la Gay-Lussac, pe de altă parte, a aflat că volumele de gaze reacționează într-o relație fixă. Astfel, două volume de hidrogen reacționează cu unul de oxigen pentru a produce două volume de apă (sub formă de abur, având în vedere temperaturile ridicate generate).
Ipoteza moleculară
În 1811, Avogadro și-a condensat ideile pentru a-și formula ipoteza moleculară, în care a explicat că distanța care separă moleculele gazoase este constantă atât timp cât presiunea și temperatura nu se schimbă. Atunci, această distanță definește volumul pe care un gaz îl poate ocupa într-un container cu bariere expandabile (de exemplu, un balon).
Astfel, având în vedere o masă de gaz A, m A și o masă de gaz B, m B , m A și m B vor avea același volum în condiții normale (T = 0ºC și P = 1 atm) dacă ambele gaze ideale au același număr de molecule; aceasta a fost ipoteza, în prezent, a legii, a lui Avogadro.
Din observațiile sale, el a dedus, de asemenea, că relația dintre densitățile gazelor, din nou A și B, este aceeași cu cea a maselor lor moleculare relative (ρ A / ρ B = M A / M B ).
Cel mai mare succes al său a fost să introducă termenul „moleculă” așa cum este cunoscut astăzi. Avogadro a tratat hidrogenul, oxigenul și apa ca molecule și nu ca atomi.
Cincizeci de ani mai târziu
Ideea moleculelor sale diatomice s-a confruntat cu rezistență puternică în rândul chimiștilor din secolul al XIX-lea. Deși Amadeo Avogadro a predat fizica la Universitatea din Torino, munca sa nu a fost foarte bine acceptată și, sub umbra de experimente și observații ale unor chimisti mai renumiți, ipoteza sa a fost îngropată timp de cincizeci de ani.
Nici măcar contribuția cunoscutului om de știință André Ampere, care a susținut ipoteza lui Avogadro, nu a fost suficientă pentru ca chimiștii să o considere serios.
Abia la Congresul de la Karlsruhe, Germania din 1860, tânărul chimist italian, Stanislao Cannizzaro, a salvat lucrarea lui Avogadro ca răspuns la haos, din cauza lipsei maselor atomice și ecuațiilor chimice fiabile și solide.
Nașterea termenului
Ceea ce este cunoscut drept „numărul lui Avogadro” a fost introdus de fizicianul francez Jean Baptiste Perrin, aproape o sută de ani mai târziu. El a determinat o aproximare a N A prin diferite metode din lucrarea sa asupra mișcării browniene.
Din ce constă și unități
Atom-gram și moleculă-gram
Numărul lui Avogadro și alunița sunt legate; cu toate acestea, a doua a existat înaintea primei.
Cunoscând masele relative ale atomilor, unitatea de masă atomică (amu) a fost introdusă ca o a douăsprezecea parte a unui atom de izotopi de carbon 12; aproximativ masa unui proton sau neutron. În acest fel, carbonul era cunoscut a fi de douăsprezece ori mai greu decât hidrogenul; adică 12 C cântărește 12u și 1 H cântărește 1 u.
Cu toate acestea, cât de multă masă are un amu egal? De asemenea, cum ar fi posibil să măsurăm masa unor particule atât de mici? Apoi a venit ideea gram-atomului și a moleculei gram, care au fost ulterior înlocuite cu alunița. Aceste unități au conectat în mod convenabil gramul cu amu-ul astfel:
12 g 12 C = N ma
Un număr de 12 atomi de C N , înmulțit cu masa lor atomică, dă o valoare numeric identică cu masa atomică relativă (12 amu). Prin urmare, 12 g de 12 C au egalat un gram de atom; 16 g de 16 O, la un gram de atom de oxigen; 16 g de CH 4 , o molecula gram de metan, și așa mai departe cu alte elemente sau compuși.
Masele molare și alunițele
Gram-atomul și gram-molecula, mai degrabă decât unitățile, au constat din masele molare ale atomilor și respectiv ale moleculelor.
Astfel, definiția unei alunițe devine: unitatea desemnată pentru numărul de atomi prezenți în 12 g de carbon pur 12 (sau 0,012 Kg). Și între timp, el a devenit notat N N A .
Astfel, numărul lui Avogadro constă formal din numărul de atomi care alcătuiesc astfel de 12 g de carbon 12; iar unitatea sa este alunița și derivații săi (kmol, mmol, lb-aluni etc.).
Masele molare sunt mase moleculare (sau atomice) exprimate în funcție de alunițe.
De exemplu, masa molară a O 2 este 32g / mol; adică, un mol de molecule de oxigen are o masa de 32 g, și o moleculă de O 2 are o masă moleculară de 32 u. În mod similar, masa molară a H este 1g / mol: un mol de atomi de H are o masă de 1 g, iar un atom de H are o masă atomică de 1 u.
Cum se calculează numărul lui Avogadro
Cât este o aluniță? Care este valoarea lui N A, astfel încât masele atomice și moleculare să aibă aceeași valoare numerică ca și masele molare? Pentru a afla, trebuie să se rezolve următoarea ecuație:
12 g 12 C = N A ma
Dar ma are 12 amu.
12 g 12 C = N A 12uma
Dacă știi cât de mult este în valoare de un uam (1667 10 -24 g), puteți calcula direct N A :
N A = (12g / 2 · 10 -23 g)
= 5.998 10 23 atomi de 12 ° C
Este acest număr identic cu cel prezentat la începutul articolului? Nu . În timp ce zecimale juca împotriva, există sunt multe calcule mai precise pentru a determina N A .
Metode de măsurare mai precise
Dacă știți deja definiția unei alunițe, în special a unei alunițe de electroni și a sarcinii electrice pe care o poartă (aproximativ 96.500 C / mol), știind încărcarea unui electron individual (1.602 × 10 −19 C), puteți calculați N A și în acest fel:
N A = (96500 C / 1.602 × 10 −19 C)
= 6.0237203 10 23 electroni
Această valoare arată și mai bine.
O altă modalitate de a o calcula constă în tehnici cristalografice cu raze X, folosind o sferă de siliciu ultra pur de 1 kg. Pentru aceasta, se folosește formula:
N A = n (V u / V m )
Unde n este numărul de atomi prezenți în celula unitară a unui cristal de siliciu (n = 8), iar V u și V m sunt volumul unității și respectiv al celulei molare. Cunoscând variabilele cristalului de siliciu, numărul lui Avogadro poate fi calculat prin această metodă.
Aplicații
Numărul lui Avogadro permite, în esență, să exprime cantitățile abisale de particule elementare în grame simple, care pot fi măsurate pe balanțe analitice sau rudimentare. Nu numai acest lucru: dacă o proprietate atomică este înmulțită cu N A , manifestarea ei va fi obținută la scări macroscopice, vizibile în lume și cu ochiul liber.
Prin urmare, și cu un motiv întemeiat, se spune că acest număr funcționează ca o punte între microscopic și macroscopic. Se găsește adesea mai ales în fizico-chimie, atunci când se încearcă legarea comportamentului moleculelor sau ionilor cu cel al fazelor lor fizice (lichid, gaz sau solid).
Exerciții rezolvate
Calculele din secțiunea două exemple de exerciții folosind N au fost adresate la . Apoi vom proceda la rezolvarea altor două.
Exercitiul 1
Care este masa unei molecule de H 2 O?
Dacă masa sa molară este cunoscută ca fiind de 18 g / mol, apoi un mol de H 2 O molecule are o masă de 18 grame; dar întrebarea se referă la o moleculă individuală. Pentru a calcula apoi masa sa, se utilizează factorii de conversie:
(18g / mol H 2 O) · (mol H 2 O / 6,02 · 10 23 molecule H 2 O) = 2,99 · 10 -23 g / moleculă H 2 O
Adică, o moleculă de H 2 O are o masă de 2,99 · 10 -23 g.
Exercițiul 2
Câți atomi de metal dysprosium (Dy) vor conține o bucată din acesta a cărei masă este de 26 g?
Masa atomică a disprosiumului este 162,5 u, egală cu 162,5 g / mol folosind numărul Avogadro. Din nou, vom continua cu factorii de conversie:
(26 g) · (mol Dy / 162,5 g) · (6,02 · 10 23 Atomi Dy / mol Dy) = 9,63 · 10 22 Atomi Dy
Această valoare este de 0,16 ori mai mică decât N A (9,63 · 10 22 / 6,02 · 10 23 ) și, prin urmare, respectiva piesă are 0,16 moli de disprosiu (poate fi calculată și cu 26/162 , 5).
Referințe
- Wikipedia. (2019). Constanta Avogadro. Recuperat de la: en.wikipedia.org
- Atteberry Jonathan. (2019). Care este numărul lui Avogadro? HowStuffWorks. Recuperat de la: science.howstuffworks.com
- Ryan Benoit, Michael Thai, Charlie Wang și Jacob Gomez. (02 mai 2019). Alunița și Constanta lui Avogadro. Chimie LibreTexturi. Recuperat din: chem.libretexts.org
- Ziua aluniței. (sf). Istoria Numărul lui Avogadro: 6,02 ori 10 la 23 rd . Recuperat de la: moleday.org
- Helmenstine, Anne Marie, doctorat. (06 ianuarie 2019). Determinarea experimentală a numărului lui Avogadro. Recuperat de la: thinkco.com
- Tomás Germán. (Sf). Numărul lui Avogadro. IES Domingo Miral. Recuperat din: iesdmjac.educa.aragon.es
- Joaquín San Frutos Fernández. (Sf). Numărul și conceptul de alunițe Avogadro. Recuperat din: encina.pntic.mec.es
- Bernardo Herradón. (3 septembrie 2010). Congresul Karlsruhe: 150 de ani. Recuperat de la: madrimasd.org
- George M. Bodner. (16 februarie 2004). Cum a fost determinat numărul lui Avogadro? Științific american. Recuperat de la: scientificamerican.com