- Geschiedenis
- Inspiraties van Amedeo Avogadro
- Moleculaire hypothese
- Vijftig jaar later
- De geboorte van de term
- Waar het uit bestaat en eenheden
- Atoom-gram en molecuul-gram
- Molaire massa en mol
- Hoe het nummer van Avogadro wordt berekend
- Nauwkeurigere meetmethoden
- Toepassingen
- Opgeloste oefeningen
- Oefening 1
- Oefening 2
- Referenties
Het Avogadro-getal is een getal dat aangeeft uit hoeveel deeltjes een mol materie bestaat. Het wordt normaal gesproken aangeduid met het symbool N A of L, en heeft een buitengewone magnitude: 6,02 · 10 23 , geschreven in wetenschappelijke notatie; als het niet wordt gebruikt, moet het volledig worden geschreven: 602000000000000000000000.
Om het gebruik ervan te vermijden en te vergemakkelijken, is het handig om naar het nummer van Avogadro te verwijzen door het mol te noemen; dit is de naam die aan de eenheid wordt gegeven die overeenkomt met een dergelijke hoeveelheid deeltjes (atomen, protonen, neutronen, elektronen, enz.). Dus als een dozijn overeenkomt met 12 eenheden, omvat een mol N A- eenheden, wat stoichiometrische berekeningen vereenvoudigt.
Avogadro's nummer geschreven in wetenschappelijke notatie. Bron: PRHaney
Wiskundig gezien is het aantal van Avogadro misschien niet het grootste van allemaal; maar buiten het domein van de wetenschap zou het gebruik ervan om de hoeveelheid van een object aan te geven de grenzen van de menselijke verbeelding overschrijden.
Een mol potloden zou bijvoorbeeld de fabricage van 6,02 · 10 23 eenheden met zich meebrengen , waardoor de aarde zonder de plantenlongen achterblijft. Net als dit hypothetische voorbeeld zijn er vele andere, die een glimp laten opvangen van de pracht en toepasbaarheid van dit getal voor astronomische grootheden.
Als N A en de mol verwijzen naar exorbitante hoeveelheden van iets, hoe nuttig zijn dan in de wetenschap? Zoals aan het begin al gezegd: ze stellen je in staat om zeer kleine deeltjes te 'tellen', waarvan het aantal ongelooflijk groot is, zelfs in verwaarloosbare hoeveelheden materie.
De kleinste druppel van een vloeistof bevat miljarden deeltjes, evenals de meest belachelijke hoeveelheid van een bepaalde vaste stof die op elke weegschaal kan worden gewogen.
Geen gebruik van de wetenschappelijke notatie, de mol komt ter ondersteuning, wat aangeeft hoeveel, min of meer, het is een stof of verbinding N A . Bijvoorbeeld, 1 g zilver komt overeen met ongeveer 9,10-3 mol; Met andere woorden, bijna een honderdste van N A (ongeveer 5,6 · 10 21 Ag-atomen) "bewonen" dat gram .
Geschiedenis
Inspiraties van Amedeo Avogadro
Sommige mensen geloven dat het aantal van Avogadro een constante was, bepaald door Lorenzo Romano Amedeo Carlo Avogadro van Quaregna en Cerreto, beter bekend als Amedeo Avogadro; Deze wetenschapper-advocaat, toegewijd aan het bestuderen van de eigenschappen van gassen, en geïnspireerd door het werk van Dalton en Gay-Lussac, was echter niet degene die de N A introduceerde .
Van Dalton leerde Amadeo Avogadro dat de massa's gassen in constante verhoudingen combineren of reageren. Een massa waterstof reageert bijvoorbeeld volledig met een acht keer grotere massa zuurstof; wanneer dit aandeel niet werd bereikt, bleef een van de twee gassen in overmaat.
Van Gay-Lussac leerde hij daarentegen dat de volumes van gassen in een vaste relatie reageren. Dus twee volumes waterstof reageren met een van zuurstof om twee volumes water te produceren (in de vorm van stoom, gezien de hoge temperaturen die worden gegenereerd).
Moleculaire hypothese
In 1811 verdichtte Avogadro zijn ideeën om zijn moleculaire hypothese te formuleren, waarin hij uitlegde dat de afstand die gasvormige moleculen scheidt constant is zolang druk en temperatuur niet veranderen. Deze afstand bepaalt dus het volume dat een gas kan innemen in een container met uitzetbare barrières (bijvoorbeeld een ballon).
Dus, gegeven een massa van gas A, m A en een massa van gas B, zullen m B , m A en m B onder normale omstandigheden hetzelfde volume hebben (T = 0ºC en P = 1 atm) als beide ideale gassen de hetzelfde aantal moleculen; dit was de hypothese, de huidige wet, van Avogadro.
Uit zijn waarnemingen leidde hij ook af dat de relatie tussen de dichtheden van gassen, wederom A en B, dezelfde is als die van hun relatieve moleculaire massa (ρ A / ρ B = M A / M B ).
Zijn grootste succes was de introductie van de term 'molecuul' zoals die tegenwoordig bekend staat. Avogadro behandelde waterstof, zuurstof en water als moleculen en niet als atomen.
Vijftig jaar later
Het idee van zijn diatomische moleculen stuitte in de 19e eeuw op sterke weerstand bij chemici. Hoewel Amadeo Avogadro natuurkunde doceerde aan de Universiteit van Turijn, werd zijn werk niet erg goed geaccepteerd en, onder de schaduw van experimenten en observaties door meer gerenommeerde chemici, lag zijn hypothese vijftig jaar lang verborgen.
Zelfs de bijdrage van de bekende wetenschapper André Ampere, die de hypothese van Avogadro ondersteunde, was voor chemici niet voldoende om er serieus over na te denken.
Pas op het congres van Karlsruhe, Duitsland in 1860, redde de jonge Italiaanse chemicus Stanislao Cannizzaro het werk van Avogadro als antwoord op de chaos vanwege het gebrek aan betrouwbare en solide atoommassa's en chemische vergelijkingen.
De geboorte van de term
Wat bekend staat als 'Avogadro's nummer' werd bijna honderd jaar later geïntroduceerd door de Franse natuurkundige Jean Baptiste Perrin. Hij bepaalde een benadering van N A door middel van verschillende methoden uit zijn werk over de Brownse beweging.
Waar het uit bestaat en eenheden
Atoom-gram en molecuul-gram
Avogadro's nummer en de mol zijn gerelateerd; de tweede bestond echter vóór de eerste.
Wetende de relatieve massa van de atomen, werd de atomaire massa-eenheid (amu) geïntroduceerd als een twaalfde van een koolstof-12 isotoopatoom; ongeveer de massa van een proton of neutron. Op deze manier was bekend dat koolstof twaalf keer zwaarder was dan waterstof; dat wil zeggen, 12 C weegt 12u, en 1 H weegt 1 u.
Hoeveel massa is een amu echter echt gelijk? En hoe zou het mogelijk zijn om de massa van zulke kleine deeltjes te meten? Toen kwam het idee van het gramatoom en grammolecuul, die later werden vervangen door de mol. Deze eenheden hebben de gram gemakkelijk als volgt met de amu verbonden:
12 g 12 C = N ma
Een aantal van 12 C N-atomen , vermenigvuldigd met hun atomaire massa, geeft een numeriek identieke waarde aan de relatieve atomaire massa (12 amu). Daarom was 12 g 12 C gelijk aan één gramatoom; 16 g 16 O, per gram zuurstofatoom; 16 g CH 4 , een gram molecuul voor methaan, enzovoort met andere elementen of verbindingen.
Molaire massa en mol
Het gramatoom en het grammolecuul, in plaats van eenheden, bestonden uit de molaire massa van de atomen en moleculen, respectievelijk.
De definitie van een mol wordt dus: de eenheid die is aangewezen voor het aantal atomen dat aanwezig is in 12 g zuiver koolstof 12 (of 0,012 kg). En ondertussen, werd hij aangeduid N N A .
Het getal van Avogadro bestaat dus formeel uit het aantal atomen waaruit zo'n 12 g koolstof 12 bestaat; en zijn eenheid is de mol en zijn derivaten (kmol, mmol, lb-mol, enz.).
Molaire massa's zijn moleculaire (of atomaire) massa's uitgedrukt als functie van mollen.
Bijvoorbeeld het molecuulgewicht van O 2 is 32 g / mol; dat wil zeggen, een mol zuurstofmoleculen heeft een massa van 32 g en een molecuul O 2 heeft een molecuulmassa van 32 u. Evenzo is de molaire massa van H 1 g / mol: één mol H-atomen heeft een massa van 1 g en één H-atoom heeft een atoommassa van 1 u.
Hoe het nummer van Avogadro wordt berekend
Hoeveel kost een mol? Wat is de waarde van N A zodat de atomaire en moleculaire massa dezelfde numerieke waarde hebben als de molaire massa? Om erachter te komen, moet de volgende vergelijking worden opgelost:
12 g 12 C = N Een ma
Maar ma is 12 uur.
12 g 12 C = N Een 12uma
Als je weet hoeveel een amu waard is (1.667 10-24 g), kun je N A direct berekenen :
N EEN = (12 g / 2 · 10-23 g)
= 5.998 10 23 atomen van 12 C
Is dit nummer identiek aan het nummer aan het begin van het artikel? No. Terwijl decimalen spelen tegen, er zijn veel nauwkeuriger berekeningen om te bepalen N A .
Nauwkeurigere meetmethoden
Als je de definitie van een mol al kent, in het bijzonder een mol elektronen en de elektrische lading die ze dragen (ongeveer 96.500 C / mol), en de lading van een individueel elektron kent (1.602 × 10 −19 C), kun je dat bereken N A ook op deze manier:
N EEN = (96500 C / 1,602 × 10 −19 C)
= 6.0237203 10 23 elektronen
Deze waarde ziet er nog beter uit.
Een andere manier om het te berekenen bestaat uit röntgenkristallografische technieken, waarbij gebruik wordt gemaakt van een ultrazuivere siliciumbol van 1 kg. Hiervoor wordt de formule gebruikt:
N EEN = n (V u / V m )
Waarbij n het aantal atomen is dat aanwezig is in de eenheidscel van een siliciumkristal (n = 8), en V u en V m de volumes zijn van respectievelijk de eenheid en de molaire cel. Als we de variabelen voor het siliciumkristal kennen, kan het getal van Avogadro met deze methode worden berekend.
Toepassingen
Het getal van Avogadro maakt het in wezen mogelijk om de hopeloze hoeveelheden elementaire deeltjes in eenvoudige grammen uit te drukken, die kunnen worden gemeten op analytische of rudimentaire weegschalen. Niet alleen dit: als een atomaire eigenschap wordt vermenigvuldigd met N A , zal de manifestatie ervan worden verkregen op macroscopische schaal, zichtbaar in de wereld en met het blote oog.
Daarom, en terecht, zou dit aantal functioneren als een brug tussen het microscopisch en het macroscopisch. Het wordt vooral in de fysicochemie vaak gevonden, wanneer men probeert het gedrag van moleculen of ionen te koppelen aan dat van hun fysische fasen (vloeibaar, gasvormig of vast).
Opgeloste oefeningen
Berekeningen in hoofdstuk twee voorbeelden van oefeningen met N waren gericht aan . Dan gaan we verder met het oplossen van nog twee.
Oefening 1
Wat is de massa van een H 2 O- molecuul ?
Als het molecuulgewicht bekend is dat deze 18 g / mol, en één mol H 2 O moleculen heeft een massa van 18 g; maar de vraag verwijst alleen naar een individueel molecuul. Om vervolgens de massa te berekenen, worden de conversiefactoren gebruikt:
(18 g / mol H 2 O) · (mol H 2 O / 6,02 · 10 23 moleculen H 2 O) = 2,99 · 10-23 g / molecuul H 2 O
D.w.z. een molecuul H 2 O een massa van 2,99 · 10 -23 g.
Oefening 2
Hoeveel atomen van dysprosiummetaal (Dy) zullen een stuk ervan bevatten met een massa van 26 g?
De atoommassa van dysprosium is 162,5 u, gelijk aan 162,5 g / mol met behulp van het getal van Avogadro. Nogmaals, we gaan verder met de conversiefactoren:
(26 g) · (mol Dy / 162,5 g) · (6,02 · 10 23 Dy-atomen / mol Dy) = 9,63 · 10 22 Dy-atomen
Deze waarde is 0,16 keer kleiner dan N A (9,63 · 10 22 / 6,02 · 10 23 ), en daarom heeft dat stuk 0,16 mol dysprosium (het kan ook worden berekend met 26/162 , 5).
Referenties
- Wikipedia. (2019). Avogadro constant. Hersteld van: en.wikipedia.org
- Atteberry Jonathan. (2019). Wat is het nummer van Avogadro? Hoe dingen werken. Hersteld van: science.howstuffworks.com
- Ryan Benoit, Michael Thai, Charlie Wang en Jacob Gomez. (2 mei 2019). The Mole en Avogadro's Constant. Chemie LibreTexts. Hersteld van: chem.libretexts.org
- Molendag. (sf). De geschiedenis van Avogadro's Number: 6.02 maal 10 tot 23 rd . Hersteld van: moleday.org
- Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (06 januari 2019). Experimentele bepaling van het aantal van Avogadro. Hersteld van: thoughtco.com
- Tomás Germán. (sf). Avogadro's nummer. IES Domingo Miral. Hersteld van: iesdmjac.educa.aragon.es
- Joaquín San Frutos Fernández. (sf). Avogadro's nummer en mol concept. Hersteld van: encina.pntic.mec.es
- Bernardo Herradón. (3 september 2010). Congres van Karlsruhe: 150 jaar. Hersteld van: madrimasd.org
- George M. Bodner. (16 februari 2004). Hoe werd het aantal van Avogadro bepaald? Wetenschappelijke Amerikaan. Hersteld van: Scientificamerican.com