- Geschichte
- Inspirationen von Amedeo Avogadro
- Molekulare Hypothese
- Fünfzig Jahre später
- Die Geburt des Begriffs
- Woraus es besteht und Einheiten
- Atomgramm und Molekülgramm
- Molmassen und Mol
- Wie die Avogadro-Nummer berechnet wird
- Genauere Messmethoden
- Anwendungen
- Gelöste Übungen
- Übung 1
- Übung 2
- Verweise
Die Avogadro-Zahl gibt an, wie viele Partikel ein Mol Materie enthalten. Es wird normalerweise mit dem Symbol N A oder L bezeichnet und hat eine außergewöhnliche Größe: 6,02 · 10 23 , geschrieben in wissenschaftlicher Notation; Wenn es nicht verwendet wird, muss es vollständig geschrieben werden: 602000000000000000000000.
Um seine Verwendung zu vermeiden und zu erleichtern, ist es zweckmäßig, sich auf die Avogadro-Nummer zu beziehen, die es Maulwurf nennt. Dies ist der Name der Einheit, die einer solchen Menge von Teilchen (Atomen, Protonen, Neutronen, Elektronen usw.) entspricht. Wenn ein Dutzend entspricht 12 Einheiten, umfasst somit ein Mol N A - Einheiten, stöchiometrischer Berechnungen vereinfacht.
Avogadros Nummer in wissenschaftlicher Notation. Quelle: PRHaney
Mathematisch gesehen ist Avogadros Zahl möglicherweise nicht die größte von allen. aber außerhalb des Bereichs der Wissenschaft würde die Verwendung, um die Menge eines Objekts anzuzeigen, die Grenzen der menschlichen Vorstellungskraft überschreiten.
Zum Beispiel würde ein Mol Bleistifte die Herstellung von 6,02 · 10 23 Einheiten beinhalten, wobei die Erde ohne ihre Pflanzenlungen zurückbleiben würde. Wie dieses hypothetische Beispiel gibt es viele andere, die einen Einblick in die Pracht und Anwendbarkeit dieser Zahl für astronomische Größen geben.
Wenn N A und der Maulwurf sich auf exorbitante Mengen von irgendetwas beziehen, wie nützlich sind sie in der Wissenschaft? Wie gleich zu Beginn gesagt: Mit ihnen können Sie sehr kleine Partikel „zählen“, deren Anzahl selbst in vernachlässigbaren Mengen an Materie unglaublich groß ist.
Der kleinste Tropfen einer Flüssigkeit enthält Milliarden von Partikeln sowie die lächerlichste Menge eines bestimmten Feststoffs, die auf jeder Waage gewogen werden kann.
Ohne Verwendung der wissenschaftlichen Notation kommt der Maulwurf zur Unterstützung und zeigt an, wie viel mehr oder weniger es sich um eine Substanz oder Verbindung zu N A handelt . Zum Beispiel entspricht 1 g Silber etwa 9 · 10 & supmin ; ³ Mol; Mit anderen Worten, fast ein Hundertstel der N A ( ungefähr 5,6 · 10 21 Ag-Atome) "bewohnen" dieses Gramm .
Geschichte
Inspirationen von Amedeo Avogadro
Einige Leute glauben, dass Avogadros Zahl eine Konstante war, die von Lorenzo Romano Amedeo Carlo Avogadro aus Quaregna und Cerreto, besser bekannt als Amedeo Avogadro, bestimmt wurde; Dieser Wissenschaftler-Anwalt, der sich der Untersuchung der Eigenschaften von Gasen widmete und von der Arbeit von Dalton und Gay-Lussac inspiriert war, war jedoch nicht derjenige, der die N A einführte .
Von Dalton erfuhr Amadeo Avogadro, dass sich die Gasmassen in konstanten Anteilen verbinden oder reagieren. Beispielsweise reagiert eine Wasserstoffmasse vollständig mit einer achtmal größeren Sauerstoffmasse; Wenn dieser Anteil nicht erfüllt war, blieb eines der beiden Gase im Überschuss.
Von Gay-Lussac hingegen erfuhr er, dass die Gasmengen in einer festen Beziehung reagieren. Somit reagieren zwei Volumina Wasserstoff mit einem Volumen Sauerstoff, um zwei Volumina Wasser zu erzeugen (in Form von Dampf angesichts der hohen erzeugten Temperaturen).
Molekulare Hypothese
1811 verdichtete Avogadro seine Ideen, um seine molekulare Hypothese zu formulieren, in der er erklärte, dass der Abstand zwischen gasförmigen Molekülen konstant ist, solange sich Druck und Temperatur nicht ändern. Dieser Abstand definiert dann das Volumen, das ein Gas in einem Behälter mit erweiterbaren Barrieren (z. B. einem Ballon) einnehmen kann.
Bei einer Masse von Gas A, m A und einer Masse von Gas B haben m B , m A und m B unter normalen Bedingungen (T = 0ºC und P = 1 atm) das gleiche Volumen, wenn beide idealen Gase die haben gleiche Anzahl von Molekülen; Dies war die heutige Hypothese von Avogadro.
Aus seinen Beobachtungen folgerte er auch, dass die Beziehung zwischen den Dichten der Gase, wiederum A und B, dieselbe ist wie die ihrer relativen Molekularmassen (ρ A / ρ B = M A / M B ).
Sein größter Erfolg war die Einführung des Begriffs "Molekül", wie er heute bekannt ist. Avogadro behandelte Wasserstoff, Sauerstoff und Wasser als Moleküle und nicht als Atome.
Fünfzig Jahre später
Die Idee seiner zweiatomigen Moleküle stieß im 19. Jahrhundert bei Chemikern auf starken Widerstand. Obwohl Amadeo Avogadro an der Universität von Turin Physik unterrichtete, wurde seine Arbeit nicht sehr gut angenommen, und im Schatten von Experimenten und Beobachtungen renommierterer Chemiker wurde seine Hypothese fünfzig Jahre lang begraben.
Selbst der Beitrag des bekannten Wissenschaftlers André Ampere, der die Hypothese von Avogadro unterstützte, reichte den Chemikern nicht aus, um ernsthaft darüber nachzudenken.
Erst auf dem Kongress von Karlsruhe im Jahr 1860 rettete der junge italienische Chemiker Stanislao Cannizzaro Avogadros Arbeit als Reaktion auf das Chaos, da es an zuverlässigen und festen Atommassen und chemischen Gleichungen mangelte.
Die Geburt des Begriffs
Die sogenannte "Avogadro-Nummer" wurde fast hundert Jahre später vom französischen Physiker Jean Baptiste Perrin eingeführt. Er bestimmt eine Annäherung an N A durch verschiedene Methoden von seiner Arbeit über die Brownsche Bewegung.
Woraus es besteht und Einheiten
Atomgramm und Molekülgramm
Avogadros Nummer und der Maulwurf sind verwandt; Die zweite existierte jedoch vor der ersten.
In Kenntnis der relativen Massen der Atome wurde die Atommasseneinheit (amu) als ein Zwölftel eines Kohlenstoff-12-Isotopenatoms eingeführt; ungefähr die Masse eines Protons oder Neutrons. Auf diese Weise war Kohlenstoff zwölfmal schwerer als Wasserstoff; das heißt, 12 C wiegt 12u und 1 H wiegt 1 u.
Wie viel Masse hat ein Amu jedoch wirklich? Wie wäre es auch möglich, die Masse derart kleiner Partikel zu messen? Dann kam die Idee des Grammatoms und des Grammmoleküls, die später durch den Mol ersetzt wurden. Diese Einheiten verbanden das Gramm bequem wie folgt mit dem Amu:
12 g 12 C = N ma
Eine Anzahl von 12 CN-Atomen , multipliziert mit ihrer Atommasse, ergibt einen Wert, der numerisch mit der relativen Atommasse (12 amu) identisch ist. Daher entsprachen 12 g 12 C einem Grammatom; 16 g 16 O auf ein Grammatom Sauerstoff; 16 g CH 4 , ein Gramm Molekül für Methan usw. mit anderen Elementen oder Verbindungen.
Molmassen und Mol
Das Grammatom und das Grammmolekül bestanden nicht aus Einheiten, sondern aus den Molmassen der Atome bzw. Moleküle.
Somit wird die Definition eines Mols: die Einheit, die für die Anzahl der Atome bestimmt ist, die in 12 g reinem Kohlenstoff 12 (oder 0,012 kg) vorhanden sind. In der Zwischenzeit wurde er als N N A bezeichnet .
Somit besteht die Avogadro-Zahl formal aus der Anzahl der Atome, aus denen solche 12 g Kohlenstoff 12 bestehen; und seine Einheit ist das Mol und seine Derivate (kmol, mmol, lb-Mol usw.).
Molmassen sind molekulare (oder atomare) Massen, ausgedrückt als Funktion von Molen.
Beispielsweise beträgt die Molmasse von O 2 32 g / mol; Das heißt, ein Mol Sauerstoffmoleküle hat eine Masse von 32 g und ein Molekül O 2 hat eine Molekülmasse von 32 u. In ähnlicher Weise beträgt die Molmasse von H 1 g / mol: Ein Mol H-Atome hat eine Masse von 1 g und ein H-Atom hat eine Atommasse von 1 u.
Wie die Avogadro-Nummer berechnet wird
Wie viel kostet ein Maulwurf? Was ist der Wert von N A, damit die Atom- und Molekularmassen den gleichen numerischen Wert wie die Molmassen haben? Um dies herauszufinden, muss die folgende Gleichung gelöst werden:
12 g 12 C = N A ma
Aber ma ist 12 amu.
12 g 12 C = N A 12uma
Wenn Sie wissen, wie viel ein Amu wert ist (1.667 10 -24 g), können Sie N A direkt berechnen :
N A = (12g / 2 · 10 -23 g)
= 5.998 10 23 Atome von 12 C.
Ist diese Nummer identisch mit der am Anfang des Artikels angegebenen? No. Während Dezimalzahlen spielen gegen gibt es viele genauere Berechnungen , um zu bestimmen N A .
Genauere Messmethoden
Wenn Sie die Definition eines Mols, insbesondere eines Mols Elektronen, und die elektrische Ladung, die sie tragen (ungefähr 96.500 C / Mol), bereits kennen und die Ladung eines einzelnen Elektrons (1.602 × 10 –19 C) kennen, können Sie dies Berechnen Sie N A auch folgendermaßen:
N A = (96500 C / 1,602 · 10 -19 C)
= 6,0237203 10 23 Elektronen
Dieser Wert sieht noch besser aus.
Eine andere Methode zur Berechnung besteht in röntgenkristallographischen Techniken unter Verwendung einer 1 kg hochreinen Siliziumkugel. Hierzu wird die Formel verwendet:
N A = n (V u / V m )
Wobei n die Anzahl der in der Elementarzelle eines Siliziumkristalls vorhandenen Atome ist (n = 8) und V u und V m die Volumina der Einheits- bzw. Molarzelle sind. Bei Kenntnis der Variablen für den Siliziumkristall kann die Avogadro-Zahl mit dieser Methode berechnet werden.
Anwendungen
Die Avogadro-Zahl ermöglicht es im Wesentlichen, die abgründigen Mengen an Elementarteilchen in einfachen Gramm auszudrücken, die auf analytischen oder rudimentären Waagen gemessen werden können. Nicht nur das: Wenn eine atomare Eigenschaft mit N A multipliziert wird , wird ihre Manifestation auf makroskopischen Skalen erhalten, die in der Welt und mit bloßem Auge sichtbar sind.
Daher soll diese Zahl aus gutem Grund als Brücke zwischen dem Mikroskopischen und dem Makroskopischen fungieren. Es wird häufig vor allem in der Physikochemie gefunden, wenn versucht wird, das Verhalten von Molekülen oder Ionen mit dem ihrer physikalischen Phasen (flüssig, gasförmig oder fest) zu verknüpfen.
Gelöste Übungen
Berechnungen in Abschnitt zwei Beispiele für Übungen N wurden unter Verwendung adressiert an . Dann werden wir zwei weitere lösen.
Übung 1
Was ist die Masse eines Moleküls von H 2 O?
Wenn bekannt ist, dass seine Molmasse 18 g / mol beträgt, hat ein Mol H 2 O- Moleküle eine Masse von 18 g; Die Frage bezieht sich jedoch nur auf ein einzelnes Molekül. Um dann seine Masse zu berechnen, werden die Umrechnungsfaktoren verwendet:
(18 g / mol H 2 O) · (mol H 2 O / 6,02 · 10 23 Moleküle H 2 O) = 2,99 · 10 –23 g / Molekül H 2 O.
Das heißt, ein Molekül von H 2 O hat eine Masse von 2,99 · 10 –23 g.
Übung 2
Wie viele Atome Dysprosiummetall (Dy) enthalten ein Stück davon mit einer Masse von 26 g?
Die Atommasse von Dysprosium beträgt 162,5 u, was 162,5 g / mol unter Verwendung der Avogadro-Zahl entspricht. Wieder fahren wir mit den Umrechnungsfaktoren fort:
(26 g) · (Mol Dy / 162,5 g) · (6,02 · 10 23 Dy-Atome / Mol Dy) = 9,63 · 10 22 Dy-Atome
Dieser Wert ist 0,16 mal kleiner als N A (9,63 · 10 22 / 6,02 · 10 23 ), und deshalb das Stück 0,16 Mol Dysprosium hat (es kann auch mit 26/162 berechnet werden 5).
Verweise
- Wikipedia. (2019). Avogadro-Konstante. Wiederhergestellt von: en.wikipedia.org
- Atteberry Jonathan. (2019). Wie lautet die Nummer von Avogadro? Wie Dinge funktionieren. Wiederhergestellt von: science.howstuffworks.com
- Ryan Benoit, Michael Thai, Charlie Wang und Jacob Gomez. (02. Mai 2019). Die Konstante des Maulwurfs und des Avogadro. Chemie LibreTexts. Wiederhergestellt von: chem.libretexts.org
- Maulwurfs-Tag. (sf). Die Geschichte der Avogadro-Zahl: 6,02 mal 10 bis 23. rd . Wiederhergestellt von: moleday.org
- Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (06. Januar 2019). Experimentelle Bestimmung der Avogadro-Zahl. Wiederhergestellt von :oughtco.com
- Tomás Germán. (sf). Avogadros Nummer. IES Domingo Miral. Wiederhergestellt von: iesdmjac.educa.aragon.es
- Joaquín San Frutos Fernández. (sf). Avogadros Zahlen- und Maulwurfskonzept. Wiederhergestellt von: encina.pntic.mec.es
- Bernardo Herradón. (3. September 2010). Karlsruher Kongress: 150 Jahre. Wiederhergestellt von: madrimasd.org
- George M. Bodner. (16. Februar 2004). Wie wurde die Avogadro-Nummer ermittelt? Wissenschaftlicher Amerikaner. Wiederhergestellt von: Scientificamerican.com