Avogadroovo číslo

Avogadrovo číslo, Avogadrova konstanta , Avogadrova konstanta je fyzikální veličina , která  se číselně rovná počtu specifikovaných strukturních jednotek ( atomů , molekul [1] , iontů , elektronů nebo jakýchkoli jiných částic) v 1 molu látky [2] . Dříve definováno jako počet atomů ve 12 gramech (přesně) čistého izotopu uhlíku-12 . Obvykle se označuje jako NA [ 3] , někdy i L [4] .

Avogadrova konstanta v Mezinárodní soustavě jednotek ( SI ) podle změn v definicích základních jednotek SI je celé číslo přesně rovné

Někdy se v literatuře rozlišuje mezi Avogadrovou konstantou N A , která má rozměr mol −1 , a bezrozměrným celým číslem Avogadro A [5] [K 1] , které je jí číselně rovné .

Mol  je množství látky, které obsahuje N A strukturních prvků (tedy tolik, kolik je atomů ve 12 g 12 C, podle staré definice) a strukturními prvky jsou obvykle atomy, molekuly, ionty atd. Hmotnost 1 molu látky ( molární hmotnost ), vyjádřená v gramech, se číselně rovná její molekulové hmotnosti , vyjádřené v jednotkách atomové hmotnosti . Například:

• 1 mol sodíku má hmotnost 22,9898 g a obsahuje přibližně 6,02⋅1023 atomů ;
• 1 mol fluoridu vápenatého CaF 2 má hmotnost (40,08 + 2 18,998 ) = 78,076 g a obsahuje 6,02⋅1023 iontů vápníku a 12,04⋅1023 iontů fluoru ;
• 1 mol tetrachlormethanu CCl 4 má hmotnost (12,011 + 4 35,453) = 153,823 g a obsahuje 6,02⋅10 23 molekul tetrachlormethanu;
• atd.

Koncem roku 2011 byl na XXIV. Generální konferenci pro váhy a míry jednomyslně přijat návrh [7] na definování krtka v budoucí verzi Mezinárodní soustavy jednotek (SI) tak, aby se předešlo jeho závaznosti. k definici kilogramu . Předpokládalo se, že krtek v roce 2018 bude určen na základě čísla Avogadro, kterému bude přidělena přesná hodnota bez chyby na základě výsledků měření doporučených CODATA . Do 20. května 2019 bylo Avogadro číslo měřitelnou veličinou, z definice nepřijímanou. V roce 2015 byla z nejpřesnějších měření získána doporučená hodnota Avogadrova čísla N A = 6,022 140 82(11)⋅10 23 mol −1 , získaná zprůměrováním výsledků různých měření [8] [9] [10 ] .

Avogadrův zákon

Na úsvitu rozvoje atomové teorie ( 1811 ) předložil A. Avogadro hypotézu, podle níž při stejné teplotě a tlaku obsahují stejné objemy ideálních plynů stejný počet molekul. Tato hypotéza se později ukázala jako nezbytný důsledek kinetické teorie a nyní je známá jako Avogadrův zákon. Lze to formulovat následovně: jeden mol jakéhokoli plynu při stejné teplotě a tlaku zaujímá stejný objem, za normálních podmínek rovný 22,41383  litrům . Toto množství je známé jako molární objem plynu .

Historie konstantního měření

Sám Avogadro nedělal odhady počtu molekul v daném objemu, ale pochopil, že jde o velmi velkou hodnotu. První pokus o zjištění počtu molekul zabírajících daný objem učinil v roce 1865 Josef Loschmidt . Z Loschmidtových výpočtů vyplynulo, že pro vzduch je počet molekul na jednotku objemu 1,81⋅10 18 cm −3 , což je asi 15krát méně než skutečná hodnota. Po 8 letech dal Maxwell mnohem bližší odhad „asi 19 milionů milionů milionů“ molekul na centimetr krychlový, neboli 1,9⋅10 19 cm −3 . Odhadl Avogadroovo číslo na přibližně .

Ve skutečnosti 1 cm³ ideálního plynu za normálních podmínek obsahuje 2,68675⋅10 19 molekul . Tato veličina se nazývá Loschmidtovo číslo (nebo konstanta) . Od té doby bylo vyvinuto velké množství nezávislých metod pro stanovení Avogadroova čísla. Vynikající shoda získaných hodnot je přesvědčivým důkazem skutečného počtu molekul.

V roce 1908 Perrin uvádí přijatelný odhad vypočítaný z parametrů Brownova pohybu .

Moderní odhady

Hodnota Avogadrova čísla byla oficiálně přijata v roce 2010 a byla měřena pomocí dvou koulí vyrobených z jediného krystalu křemíku-28 , vypěstovaného Czochralského metodou . Koule byly opracovány v Leibniz Institute of Crystallography a vyleštěny v Australském centru pro vysoce přesnou optiku tak hladce, že při průměru asi 93,75 mm výška výstupků na jejich povrchu nepřesáhla 98 nm ; radiální souřadnice povrchu byly měřeny optickou interferometrií s chybou 0,3 nm (řádově tloušťka jedné atomové vrstvy) [11] . K jejich výrobě byl použit vysoce čistý křemík-28, izolovaný v Ústavu chemie vysoce čistých látek Ruské akademie věd v Nižním Novgorodu z fluoridu křemíku vysoce obohaceného o křemík-28 , získaného v Central Design Bureau of Mechanical. Strojírenství v Petrohradě.

S takto prakticky ideálními objekty je možné s vysokou přesností spočítat počet atomů křemíku v kouli a tím určit Avogadro číslo. Podle získaných výsledků se rovná 6,02214084(18) 10 23 mol −1 [12] .

V lednu 2011 však byly publikovány výsledky nových měření, která jsou považována za přesnější [13] : NA = 6,02214078 (18)⋅10 23 mol −1 .

Na 24. Generální konferenci pro váhy a míry ve dnech 17.–21. října 2011 bylo jednomyslně přijato usnesení [7] , ve kterém bylo zejména navrženo v budoucí revizi SI předefinovat krtek tak, aby Avogadro číslo bylo přesně 6,02214X⋅ 10 23 mol −1 , kde X nahrazuje jeden nebo více významných čísel, které budou určeny v konečném uvolnění na základě nejlepších doporučení z CODATA [14] . Ve stejném rozlišení je navrženo stejným způsobem určit přesné hodnoty Planckovy konstanty , elementárního náboje , Boltzmannovy konstanty a maximální světelné účinnosti monochromatického záření pro denní vidění .

Hodnota Avogadrova čísla doporučená v roce 2010 organizací CODATA byla:

Hodnota Avogadro čísla doporučená CODATA v roce 2014 byla [15] :

Vztah mezi konstantami

• Součin Boltzmannovy konstanty a Avogadrova čísla vyjadřuje univerzální plynovou konstantu , [16] .
• Prostřednictvím součinu elementárního elektrického náboje a Avogadrova čísla je vyjádřena Faradayova konstanta [17] .

Viz také

• Univerzální plynová konstanta
• Boltzmannova konstanta
• Stavová rovnice ideálního plynu
• Molární objem plynu

Komentáře

1. ↑ Avogadro číslo A je násobná jednotka měření velmi velkých celočíselných bezrozměrných veličin, číselně rovných Avogadrově konstantě, to znamená, že A je N A krát větší než původní hodnota - 1. kus. Avogadro číslo se používá ke kvantitativnímu popisu systémů obsahujících tak velké množství jakýchkoliv objektů (obvykle částic a skupin částic látky), že je nepohodlné a stěží vizuální indikovat počet těchto objektů v kusech. Například 1 A tenisových míčků pokryje povrch planety Země vrstvou silnou 100 km; 1 A dolarové bankovky pokryjí všechny kontinenty Země hustou dvoukilometrovou vrstvou; poušť Sahara obsahuje o něco méně než 3 A zrnka písku [6] .

Poznámky

1. ↑ Dříve vyjádřeno jako počet molekul v gram-molekulách nebo atomů v gram-atomu .
2. ↑ Avogadrova konstanta // Fyzická encyklopedie / Ch. vyd. A. M. Prochorov . - M .: Sovětská encyklopedie , 1988. - T. 1. - S. 11. - 704 s. — 100 000 výtisků.
3. ↑ na rozdíl od N , označující počet částic ( anglicky Particle number ) 
4. ↑ http://www.iupac.org/publications/books/gbook/green_book_2ed.pdf
5. ↑ Press I.A. , Základy obecné chemie pro samouky, 2012 , str. 22-23.
6. ↑ Press I.A. , Základy obecné chemie pro samouky, 2012 , str. 23.
7. ↑ 1 2 O možné budoucí revizi Mezinárodní soustavy jednotek, SI. Usnesení 1 24. zasedání CGPM (2011).
8. ↑ Přesný odhad čísla Avogadro pomůže dát novou definici kilogramu: Science: Science and Technology: Lenta.ru
9. ↑ Korelace měření NA počítáním 28 atomů Si
10. ↑ Přesnější odhad Avogadrova čísla pomůže předefinovat kilogram | American Institute of Physics (nedostupný odkaz) . Získáno 15. července 2015. Archivováno z originálu 16. července 2015. (neurčitý) 
11. ↑ Alexej Poniatov. Poslední kilo se vzdalo  // Věda a život. - 2019. - č. 3 . (Ruština)
12. ↑ Fyzici upřesnili číslo Avogadro pro budoucí kilogramový standard (nepřístupný odkaz) . RIA Novosti (20. října 2010). Získáno 20. října 2010. Archivováno z originálu 23. října 2010. (Ruština) 
13. ↑ B. Andreas et al., Stanovení Avogadro konstanty počítáním atomů v krystalu 28 Si , Phys. Rev. Lett. 106 , 2011, 030801
14. ↑ Dohoda o přivázání kilogramu a přátel k základům - fyzika-matematika - 25. října 2011 - New Scientist
15. ↑ CODATA Hodnota: Avogadro konstanta
16. ↑ Boltzmannova konstanta, 1988 .
17. ↑ Faradayova konstanta, 1998 .

Literatura

• Boltzmannova konstanta  // Fyzická encyklopedie. - Sovětská encyklopedie , 1988. - T. 1 . - S. 222 . (Ruština)
• Číslo Meilikhova E. Z. Avogadra . Jak vidět atom. - Dolgoprudnyj, Moskevská oblast: Intellect, 2017. - 86 s. — (Počátky moderní fyziky). - 500 výtisků.  — ISBN 978-5-91559-233-8 .
• Press I. A. Základy obecné chemie pro samostatné studium. - 2. vyd., přepracováno. - Petrohrad. : Lan, 2012. - 496 s. — ISBN 978-5-8114-1203-7 .
• Faradayova konstanta  // Fyzická encyklopedie. - Sovětská encyklopedie , 1998. - V. 5 . - S. 275 . (Ruština)
• Avogadroovo číslo // Velká sovětská encyklopedie

Slovníky a encyklopedie	Velká dánština Velká Katalánština Skvělý norský Velký Rus okolo světa chorvatský
V bibliografických katalozích	GND : 4394515-6