постоянная Авогадро
| постоянная Авогадро | |
|---|---|
 Амедео Авогадро , тезка константы | |
Общие символы | Н А , Л |
| И объединились | моль −1 |
| Точное значение | |
| ответная родинка | 6.022 140 76 × 10 23 |
, Константа Авогадро обычно обозначаемая N A [1] или Л , [2] — определяющая константа СИ с точным значением 6,022 140 76 × 10. 23 моль −1 ( обратные родинки ). [3] [4] Он определяется как количество составляющих частиц (обычно молекул , атомов или ионов ) на моль ( единица СИ ) и используется в качестве коэффициента нормализации количества вещества в образце. Численное значение константы было выбрано исходя из количества атомов в 12 граммах углерода -12 . [1] Константа названа в честь физика и химика Амедео Авогадро (1776–1856).
Константа Авогадро NA в также является фактором, который переводит среднюю массу одной частицы в граммах молярную массу вещества в граммах на моль (г/моль). [5]
Константа N A также связывает молярный объем (объем на моль) вещества со средним объемом, номинально занимаемым одной из его частиц, когда оба они выражены в одних и тех же единицах объема. Например, поскольку молярный объём воды в обычных условиях составляет около 18 мл /моль , объём, занимаемый одной молекулой воды, составляет около 18/(6,022 × 10 23 ) мл или около 0,030 нм 3 (кубические нанометры ). Для кристаллического вещества N 0 связывает объем кристалла с количеством повторяющихся элементарных ячеек в один моль к объему одной ячейки (обе в одних и тех же единицах).
единиц измерения СИ В размерном анализе размерность постоянной Авогадро является обратной величиной количества вещества, обозначаемой N. −1 . Число Авогадро , иногда обозначаемое N 0 , [6] [7] — числовое значение постоянной Авогадро (т.е. без единицы), а именно безразмерное число 6,022 140 76 × 10 23 . [1] [8]
Определение
[ редактировать ]
Константа Авогадро исторически была получена из старого определения моля как количества вещества в 12 граммах углерода -12 ( 12 С); или, что то же самое, количество дальтонов в грамме, где дальтон определяется как 1/12 массы 12 Атом С. [9] Согласно этому старому определению, численное значение константы Авогадро в молях −1 (число Авогадро) было физической константой, которую нужно было определить экспериментально.
Переопределение моля в 2019 году как количества вещества, содержащего ровно 6,022 140 76 × 10. 23 частицы, [8] означало, что масса 1 моля вещества теперь равна точно произведению числа Авогадро и средней массы его частиц. Однако дальтон по-прежнему определяется как 1/12 массы вещества. 12 Атом С, который должен быть определен экспериментально и известен только с конечной точностью . Предыдущие эксперименты, направленные на определение постоянной Авогадро, теперь интерпретируются как измерения величины в граммах дальтонов.
По старому определению моля, числовое значение массы одного моля вещества, выраженное в граммах, в точности равнялось средней массе одной молекулы (или атома) вещества в дальтонах. С новым определением эта числовая эквивалентность больше не является точной, и на нее влияет неопределенность значения дальтона; но это по-прежнему справедливо для всех практических целей. Например, средняя масса одной молекулы воды составляет около 18,0153 дальтон, а одного моля воды — около 18,0153 грамма. Также число Авогадро — это приблизительное количество нуклонов ( протонов и нейтронов ) в одном грамме обычного вещества .
В более старой литературе число Авогадро также обозначалось N , [10] [11] хотя это противоречит символу числа частиц в статистической механике .
История
[ редактировать ]Происхождение концепции
[ редактировать ]
Константа Авогадро названа в честь итальянского учёного Амедео Авогадро (1776–1856), который в 1811 году впервые предположил, что объём газа (при заданных давлении и температуре) пропорционален числу атомов или молекул независимо от природа газа. [12]
Гипотезу Авогадро популяризировал Станислао Канниццаро , который защищал работу Авогадро на Конгрессе в Карлсруэ в 1860 году, через четыре года после его смерти. [13]
Название число Авогадро было придумано в 1909 году физиком Жаном Перреном , который определил его как число молекул ровно в 32 граммах газообразного кислорода . [14] Целью этого определения было сделать массу моля вещества в граммах численно равной массе одной молекулы по отношению к массе атома водорода; которая, согласно закону определенных пропорций , была естественной единицей атомной массы и принималась равной 1/16 атомной массы кислорода.
Первые измерения
[ редактировать ]
Значение числа Авогадро (еще не известного под этим названием) было впервые получено косвенным путем Йозефом Лошмидтом в 1865 году путем оценки числа частиц в данном объеме газа. [15] Эта величина, плотность числа n 0 частиц в идеальном газе , теперь называется в его честь постоянной Лошмидта и связана с постоянной NA соотношением Авогадро
где p0 — давление . , R — постоянная а T0 газовая — абсолютная температура , Благодаря этой работе символ L иногда используется для обозначения постоянной Авогадро: [16] а в немецкой литературе это название может использоваться для обеих констант, отличающихся только единицами измерения . [17] (Однако N A не следует путать с совершенно другой константой Лошмидта в англоязычной литературе.)
Сам Перрен определил число Авогадро несколькими различными экспериментальными методами. Он был удостоен Нобелевской премии по физике 1926 года , главным образом за эту работу. [18]
Электрический заряд, приходящийся на моль электронов, представляет собой константу, называемую константой Фарадея , и известен с 1834 года, когда Майкл Фарадей опубликовал свои работы по электролизу . В 1910 году Роберт Милликен с помощью Харви Флетчера впервые измерил заряд электрона . Разделение заряда моля электронов на заряд одного электрона позволило получить более точную оценку числа Авогадро. [19]
Определение СИ 1971 г.
[ редактировать ]В 1971 году на своей 14-й конференции Международное бюро мер и весов (МБМВ) решило рассматривать количество вещества как независимую меру измерения , а моль — как его базовую единицу в Международной системе единиц (СИ). [16] В частности, моль определялся как количество вещества, которое содержит столько элементарных частиц, сколько содержится атомов в 12 граммах ( 0,012 килограмма ) углерода-12 ( 12 С). [9] Так, в частности, один моль углерода-12 составлял ровно 12 граммов этого элемента.
Согласно этому определению, в одном моле любого вещества содержится ровно столько же молекул, сколько в одном моле любого другого вещества. Однако это число N 0 было физической константой, которую пришлось определять экспериментально, так как оно зависело от массы (в граммах) одного атома 12 C, и поэтому было известно только ограниченное количество десятичных цифр. [16] Общее практическое правило, согласно которому «один грамм вещества содержит N 0 нуклонов», было точным для углерода-12, но немного неточным для других элементов и изотопов.
На той же конференции BIPM также назвал N A (коэффициент, преобразующий моли в количество частиц) « постоянной Авогадро ». Однако термин «число Авогадро» продолжал использоваться, особенно во вводных работах. [20] Как следствие этого определения, NA . не было чистым числом, а имело метрическую размерность , обратную количеству вещества (моль) -1 ).
СИ переопределение
[ редактировать ]На своей 26-й конференции BIPM принял другой подход: с 20 мая 2019 года он определил константу Авогадро как NA точное значение 6,022 140 76 × 10. 23 моль −1 , таким образом переопределив моль как ровно 6,022 140 76 × 10 23 составляющие частицы рассматриваемого вещества. [21] [8] Одним из последствий этого изменения является то, что масса моля 12 Атомов С уже не ровно 0,012 кг. С другой стороны, дальтон ( также известная как универсальная атомная единица массы) остается неизменным и составляет 1/12 массы тела. 12 С. [22] [23] Таким образом, константа молярной массы остается очень близкой к 1 г/моль, но уже не точно равной ей, хотя разница ( 4,5 × 10 −10 в относительном выражении, по состоянию на март 2019 г.) для всех практических целей несущественна. [8] [1]
Связь с другими константами
[ редактировать ]Постоянная Авогадро N A связана с другими физическими константами и свойствами.
- Он связывает молярную газовую постоянную R и постоянную Больцмана k B , которая в СИ определяется как точно 1,380 649 × 10. −23 Дж/К : [8]
- R = k B N A = 8,314 462 618 ... Дж⋅моль −1 ⋅K −1
- Он связывает постоянную Фарадея F и элементарный заряд e , который в СИ определяется как ровно 1,602 176 634 × 10. −19 кулоны : [8]
- F = e N A = 9,648 533 212 ... × 10 4 C⋅mol −1
- Он связывает константу молярной массы M u и константу атомной массы m u в настоящее время 1,660 539 068 92 (52) × 10 −27 кг :[24]
- M u = m u N A = 1,000 000 001 05 (31) × 10 −3 kg⋅mol −1
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б с д Международное бюро мер и весов (2019): Международная система единиц (СИ) , 9-е издание, английская версия, стр. 134. Доступно на сайте МБМВ .
- ^ HP Lehmann, X. Fuentes-Arderiu и LF Bertello (1996): «Глоссарий терминов в количествах и единицах клинической химии (Рекомендации IUPAC-IFCC 1996)»; п. 963, статья « Постоянная Авогадро ». Чистая и прикладная химия , вып. 68, вып. 4, стр. 957–1000. дои : 10.1351/pac199668040957
- ^ Ньюэлл, Дэвид Б.; Тиесинга, Эйте (2019). Международная система единиц (СИ) . Специальная публикация NIST 330. Гейтерсбург, Мэриленд: Национальный институт стандартов и технологий. дои : 10.6028/nist.sp.330-2019 . S2CID 242934226 .
- ^ де Бьевр, П.; Пейзер, HS (1992). «Атомный вес: название, его история, определение и единицы измерения» . Чистая и прикладная химия . 64 (10): 1535–1543. дои : 10.1351/pac199264101535 . S2CID 96317287 .
- ^ Окунь Лев Б.; Ли, AG (1985). Физика элементарных частиц: В поисках вещества вещества . ООО "ОПА" с. 86. ИСБН 978-3-7186-0228-5 .
- ^ Ричард П. Фейнман: Фейнмановские лекции по физике , Том II
- ^ Макс Борн (1969): Атомная физика , 8-е изд., Изд. Дувра, переиздано Courier в 2013 г.; 544 страницы. ISBN 978-0486318585
- ^ Перейти обратно: а б с д и ж Дэвид Б. Ньюэлл и Эйте Тиесинга (2019): Международная система единиц (СИ) . Специальная публикация NIST 330, Национальный институт стандартов и технологий. doi : 10.6028/nist.sp.330-2019 S2CID 242934226
- ^ Перейти обратно: а б Международное бюро мер и весов (2006), Международная система единиц (СИ) (PDF) (8-е изд.), стр. 114–115, ISBN 92-822-2213-6 , заархивировано (PDF) из оригинала 4 июня 2021 г. , получено 16 декабря 2021 г.
- ^ Лайнус Полинг (1970), Общая химия , с. 96. Dover Edition, переиздано Courier в 2014 г.; 992 страницы. ISBN 978-0486134659
- ^ Марвин Йеллес (1971): Энциклопедия науки и технологий McGraw-Hill , Vol. 9, 3-е изд.; 707 страниц. ISBN 978-0070797987
- ^ Авогадро, Амедео (1811). «Проверка способа определения относительных масс элементарных молекул тел и пропорций, согласно которым они входят в эти соединения». Журнал физики . 73 :58–76. Английский перевод .
- ^ «Станислао Канниццаро | Институт истории науки» . Институт истории науки . Июнь 2016 года . Проверено 2 июня 2022 г.
- ^ Перрен, Жан (1909). «Броуновское движение и молекулярная реальность» . Анналы химии и физики . 8-я серия (на французском языке). 18 :1–114. Отрывок на английском языке, перевод Фредерика Содди .
- ^ Лошмидт, Дж. (1865). «О размерах молекул воздуха». Известия Императорской Академии наук. Математические и научные занятия. Вена (на немецком языке). 52 (2): 395–413. Английский перевод .
- ^ Перейти обратно: а б с Международное бюро мер и весов (1971 г.): 14-я Генеральная конференция мер и весов. Архивировано 23 сентября 2020 г. на Wayback Machine . Доступно на веб-сайте BIPM .
- ^ Дева, ЮВ (1933). «Число Лошмидта» . Научный прогресс . 27 : 634–649. Архивировано из оригинала 4 апреля 2005 года.
- ↑ Осеин, CW (10 декабря 1926 г.). Вступительная речь на Нобелевскую премию по физике 1926 года .
- ^ (1974): Введение в константы для неспециалистов, 1900–1920 гг. Из Британской энциклопедии , 15-е изд.; воспроизведено NIST . Доступ осуществлен 3 июля 2019 г.
- ^ Коц, Джон К.; Трейчел, Пол М.; Таунсенд, Джон Р. (2008). Химия и химическая реакционная способность (7-е изд.). Брукс/Коул. ISBN 978-0-495-38703-9 . Архивировано из оригинала 16 октября 2008 года.
- ^ Международное бюро мер и весов (2017): Протоколы 106-го заседания Международного комитета мер и весов (CIPM), 16-17 и 20 октября 2017 г. , стр. 23. Доступно на веб-сайте BIPM. Архивировано 21 февраля 2021 г. на Wayback Machine .
- ^ Павезе, Франко (январь 2018 г.). «Возможный проект резолюции CGPM для пересмотренного SI по сравнению с последним проектом CCU 9-й брошюры SI». Измерение . 114 : 478–483. Бибкод : 2018Измер..114..478P . doi : 10.1016/j.measurement.2017.08.020 . ISSN 0263-2241 .
- ^ «Единая атомная единица массы». Сборник химической терминологии ИЮПАК . 2014. doi : 10.1351/goldbook.U06554 .
- ^ «Значение CODATA 2022: константа атомной массы» . Справочник NIST по константам, единицам измерения и неопределенности . НИСТ . Май 2024 года . Проверено 18 мая 2024 г.
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Определение константы Авогадро 1996 года из ИЮПАК Сборника химической терминологии (« Золотая книга »).
- Некоторые замечания о числе Авогадро, 6,022 × 10. 23 (исторические заметки)
- Точное значение числа Авогадро – американский учёный
- Авогадро и молярные константы Планка для нового определения килограмма
- Мюррелл, Джон Н. (2001). «Авогадро и его константа». Helvetica Chimica Acta . 84 (6): 1314–1327. doi : 10.1002/1522-2675(20010613)84:6<1314::AID-HLCA1314>3.0.CO;2-Q .
- Отсканированная версия статьи Авогадро «Две гипотезы Авогадро» 1811 года на BibNum.
| Базы данных органов управления : Национальные |
|---|
