Константа Авогадро - Avogadro constant

Амедео Авогадро

В Константа Авогадро (NА[1] или L[2]) это коэффициент пропорциональности что связывает количество составляющих частиц (обычно молекулы, атомы или ионы ) в образце с количество вещества в этом образце. это SI единица обратная моль, и определяется как NА = 6.02214076×1023 моль−1.[3][1][4][5][6] Назван в честь итальянского ученого. Амедео Авогадро.[7]Хотя это называется постоянной (или числом) Авогадро, он не химик, определивший ее значение. Станислао Канниццарро объяснил это число через четыре года после смерти Авогадро на Конгрессе в Карлсруэ в 1860 году.[8]

Числовое значение постоянной Авогадро, выраженное в обратных молях, безразмерное число, называется Число Авогадро, иногда обозначается N[9][10] или N0,[11][12] что, таким образом, является количеством частиц, содержащихся в одном моль, а именно: 6.02214076×1023.[4][1]

Значение постоянной Авогадро было выбрано таким, чтобы масса одного моля химическое соединение, в граммы, численно равно (для всех практических целей) средней массе одной молекулы соединения в дальтон (универсальные атомные единицы массы); один далтон 1/12 массы одного углерод-12 атома, что примерно равно массе одного нуклон (протон или нейтрон ). Двенадцать граммов углерода содержат один моль атомов углерода.

Например, средняя масса одной молекулы воды составляет около 18,0153 дальтон, а один моль воды (N молекул) составляет около 18,0153 грамма. Таким образом, постоянная Авогадро NА это коэффициент пропорциональности что связывает молярная масса вещества в среднем масса одной молекулы, а число Авогадро также является приблизительным числом нуклонов в одном грамме обычного дело.[13]

Постоянная Авогадро также связывает молярный объем вещества к среднему объему, номинально занимаемому одной из его частиц, когда обе частицы выражены в одних и тех же единицах объема. Например, поскольку молярный объем воды в обычных условиях составляет около 18 мл / моль объем, занимаемый одной молекулой воды, составляет около 18/6.022×10−23 мл, или около 30Å3 (кубический ангстремы ). Для кристаллический вещества, он аналогично связывает его молярный объем (в мл / моль), объем повторяющегося ячейка кристаллов (в мл) и количество молекул в этой ячейке.

Число Авогадро (или постоянная) определялось по-разному на протяжении своей долгой истории. Его приблизительная стоимость была впервые определена косвенно Йозеф Лошмидт в 1865 г.[14] (Число Авогадро тесно связано с Постоянная лошмидта, и эти два понятия иногда путают.) Первоначально он был определен Жан Перрен как количество атомов в 16 граммах кислород.[7] Позже он был пересмотрен на 14-й конференции Международное бюро мер и весов (BIPM) как количество атомов в 12 граммах изотопа углерод-12 (12C).[15] В каждом случае моль определяли как количество вещества, которое содержало такое же количество атомов, как и эталонные образцы. В частности, когда углерод-12 был эталоном, один моль углерода-12 составлял ровно 12 граммов элемента.

Эти определения означали, что значение числа Авогадро зависело от экспериментально определенного значения массы (в граммах) одного атома этих элементов, и поэтому оно было известно только с ограниченным числом десятичных цифр. Однако на 26-й конференции BIPM принял другой подход: с 20 мая 2019 года он определил число Авогадро как точное значение. N = 6.02214076×1023, и переопределил моль как количество рассматриваемого вещества, которое содержит N составляющие частицы вещества. Согласно новому определению, масса одного моля любого вещества (включая водород, углерод-12 и кислород-16) равна N умноженное на среднюю массу одной из составляющих его частиц - физическая величина, точное значение которой должно быть определено экспериментально для каждого вещества.

История

Происхождение концепции

Жан Перрен в 1926 году

Постоянная Авогадро названа в честь итальянского ученого. Амедео Авогадро (1776–1856), который в 1811 году впервые предположил, что объем газа (при заданном давлении и температуре) пропорционален количеству атомы или молекулы вне зависимости от характера газа.[16]

Название Число Авогадро был придуман в 1909 г. физиком Жан Перрен, который определил это как количество молекул ровно в 32 граммах кислород.[7] Цель этого определения состояла в том, чтобы сделать массу моля вещества в граммах численно равной массе одной молекулы относительно массы атома водорода; который из-за закон определенных пропорций, была естественной единицей атомной массы и принималась равной 1/16 атомной массы кислорода.

Первые измерения

Йозеф Лошмидт

Значение числа Авогадро (еще не известного под этим именем) было впервые получено косвенно Йозеф Лошмидт в 1865 г., оценив количество частиц в данном объеме газа.[14] Это значение, числовая плотность п0 частиц в идеальный газ, теперь называется Постоянная лошмидта в его честь и связана с постоянной Авогадро, NА, от

где п0 это давление, р это газовая постоянная, и Т0 это абсолютная температура. Из-за этой работы символ L иногда используется для постоянной Авогадро,[17] И в Немецкий литературе, это имя может использоваться для обеих констант, различающихся только меры измерения.[18] (Однако, NА не следует путать с совершенно разными Постоянная лошмидта в англоязычной литературе.)

Сам Перрин определил число Авогадро несколькими различными экспериментальными методами. Награжден орденом 1926 г. Нобелевская премия по физике, в основном для этой работы.[19]

Электрический заряд на моль электронов - это константа, называемая Постоянная Фарадея и известен с 1834 г., когда Майкл Фарадей опубликовано его работы по электролизу. В 1910 г. Роберт Милликен получил первое измерение заряд на электроне. Разделение заряда моля электронов на заряд отдельного электрона позволило более точно оценить число Авогадро.[20]

SI определение 1971 года

В 1971 году Международное бюро мер и весов (BIPM) решило рассмотреть количество вещества как независимый размер измерения, с родинкой в ​​качестве базовый блок в Международная система единиц (SI).[17] В частности, моль был определен как количество вещества, которое содержит столько элементарных объектов, сколько атомов в 0,012 кг углерод-12.

Согласно этому определению, общее практическое правило "один грамм вещества содержит N0 нуклонов »было точно для углерода-12, но немного неточно для других элементов и изотопов. С другой стороны, один моль любого вещества содержал ровно столько же молекул, сколько один моль любого другого вещества.

Как следствие этого определения в системе СИ постоянная Авогадро NА имел размерность от количества вещества, а не от чистого числа, и имело приблизительное значение 6.02×1023 с единицами моль−1.[17] По этому определению значение NА по сути нужно было определить экспериментально.

BIPM также назвал NА "Авогадро" постоянный», но термин« число Авогадро »продолжал использоваться, особенно во вступительных произведениях.[21]

Новое определение SI 2019 года

Основная статья: 2019 новое определение базовых единиц СИ

В 2017 году BIPM решил изменить определения моля и количества вещества.[22][4] Моль было переопределено как количество вещества, содержащего ровно 6.02214076×1023 элементарные сущности. Одним из следствий этого изменения является то, что масса моля 12Атомов C уже нет точно 0,012 кг. С другой стороны, дальтон (a.k.a. универсальная атомная единица массы) остается неизменной, так как 1/12 массы 12С.[23][24] Таким образом постоянная молярной массы уже не точно 1 г / моль, хотя разница (4.5×10−10 в относительном выражении, по состоянию на март 2019 г.) для практических целей не имеет значения.[4][1]

Константа Авогадро в других системах единиц

В других системах измерения, где единица измерения количество вещества не является моль СИ, постоянная Авогадро NА означает количество частиц в указанной единице и будет иметь другое значение.

Например, если количество вещества измеряется в фунт-моль (фунт-моль), тогда постоянная Авогадро NА является 2.73159734(12)×1026 фунт-моль−1. Если унция-моль (унция-моль) используется вместо NА является 1.707248434(77)×1025 унция-моль−1.[нужна цитата ] Однако в настоящее время эти агрегаты практически не используются.

Связь с другими константами

Постоянная Авогадро, NА связано с другими физическими константами и свойствами.

Смотрите также

использованная литература

  1. ^ а б c d Международное бюро Poids et Mesures (2019 г.): Международная система единиц (СИ), 9-е издание, английская версия, стр. 134. Доступно на Сайт МБМВ.
  2. ^ Х. П. Леманн, X. Фуэнтес-Ардериу и Л. Ф. Бертелло (1996): «Глоссарий терминов в количествах и единицах в клинической химии (Рекомендации IUPAC-IFCC 1996)»; стр. 963, позиция "Константа Авогадро ". Чистая и прикладная химия, том 68, выпуск 4, страницы 957–1000. Дои:10.1351 / pac199668040957
  3. ^ «Значение CODATA 2018: постоянная Авогадро». Справочник NIST по константам, единицам и неопределенности. NIST. 20 мая 2019. Получено 2019-05-20.
  4. ^ а б c d е ж Международное бюро мер и весов (2018 г.): Принятые резолюции - 26-я Générale des Poids et Mesures В архиве 2018-11-19 в Wayback Machine. Доступно на Сайт МБМВ.
  5. ^ ИЮПАК, Сборник химической терминологии 2-е изд. («Золотая книга») (1997). Исправленная онлайн-версия: (2006–) "Константа Авогадро ". Дои:10.1351 / goldbook.A00543
  6. ^ de Bievre, P .; Пейзер, Х. С. (1992). «Атомный вес: название, история, определение и единицы». Чистая и прикладная химия. 64 (10): 1535–1543. Дои:10.1351 / pac199264101535. S2CID  96317287.
  7. ^ а б c Перрин, Жан (1909). "Движение коричневого и революционного человека". Annales de Chimie et de Physique. 8е Сери. 18: 1–114. Выписка на английском языке, перевод Фредерика Содди.
  8. ^ «Амедео Авогадро». Получено 30 октября, 2020.
  9. ^ Линус Полинг (1970), Общая химия, стр. 96. Dover Edition, перепечатано Courier в 2014 г .; 992 страницы. ISBN  9780486134659
  10. ^ Марвин Йеллес (1971): Энциклопедия науки и техники Макгроу-Хилла, Том 9, 3-е издание; 707 страниц. ISBN  9780070797987
  11. ^ Ричард П. Фейнман (1963): Лекции Фейнмана по физике, Том II, 2-е издание; 512 страниц. ISBN  9780805390476
  12. ^ Макс Борн (1969): Атомная физика, 8-е издание. Издание Dover, перепечатано Courier в 2013 г .; 544 страницы. ISBN  9780486318585
  13. ^ Окунь, Лев Б .; Ли, А. Г. (1985). Физика элементарных частиц: поиски субстанции субстанции. OPA Ltd. стр. 86. ISBN  978-3-7186-0228-5.
  14. ^ а б Лошмидт, Дж. (1865). "Zur Grösse der Luftmoleküle". Sitzungsberichte der Kaiserlichen Akademie der Wissenschaften Wien. 52 (2): 395–413. английский перевод.
  15. ^ Международное бюро мер и весов (2006), Международная система единиц (СИ) (PDF) (8-е изд.), Стр. 114–15, ISBN  92-822-2213-6, в архиве (PDF) из оригинала на 2017-08-14
  16. ^ Авогадро, Амедео (1811 г.). "Essai d'une maniere determiner les родственные массы молекул elementaires des corps, et les пропорции selon lesquelles elles entrent dans ces combinaisons". Journal de Physique. 73: 58–76. английский перевод.
  17. ^ а б c Международное бюро Poids et Mesures (1971): 14-я конференция Générale des Poids et Mesures Доступно на Сайт МБМВ.
  18. ^ Дева, S.E. (1933). «Число Лошмидта». Научный прогресс. 27: 634–649. Архивировано из оригинал на 2005-04-04.
  19. ^ Осеен, К. (10 декабря 1926 г.). Выступление с докладом на присуждение Нобелевской премии по физике 1926 г..
  20. ^ (1974): Введение в константы для неспециалистов, 1900–1920 гг. От Британская энциклопедия, 15-е издание; воспроизведено NIST. Доступно 3 июля 2019 г.
  21. ^ Коц, Джон С .; Treichel, Paul M .; Таунсенд, Джон Р. (2008). Химия и химическая реакционная способность (7-е изд.). Брукс / Коул. ISBN  978-0-495-38703-9. Архивировано из оригинал на 2008-10-16.
  22. ^ Международное бюро мер и весов (2017 г.): Материалы 106-го заседания Международного комитета мер и весов (CIPM), 16-17 и 20 октября 2017 г., стр. 23. Доступно на Сайт МБМВ.
  23. ^ Павезе, Франко (январь 2018 г.). «Возможный проект резолюции CGPM для пересмотренной SI по сравнению с последним проектом CCU 9-й брошюры SI». Измерение. 114: 478–483. Дои:10.1016 / j.measurement.2017.08.020. ISSN  0263-2241.
  24. ^ Lehmann, H.P .; Fuentes-Arderiu, X .; Бертелло, Л. Ф. (29 февраля 2016 г.). «Единая атомная единица массы». Дои:10.1515 / iupac.68.2930. Цитировать журнал требует | журнал = (Помогите)
  25. ^ «Значение CODATA 2018: постоянная атомной массы». Справочник NIST по константам, единицам и неопределенности. NIST. 20 мая 2019. Получено 2019-05-20.
  26. ^ «2018 CODATA Значение: постоянная молярной массы». Справочник NIST по константам, единицам и неопределенности. NIST. 20 мая 2019. Получено 2019-05-20.

внешние ссылки