Avogadron numero

Avogadron luku, Avogadron vakio , Avogadron vakio on fysikaalinen määrä , joka  on numeerisesti yhtä suuri kuin määrättyjen rakenneyksiköiden ( atomit , molekyylit [1] , ionit , elektronit tai muut hiukkaset) määrä 1 moolissa ainetta [2] . Aikaisemmin määritelty atomien lukumääräksi 12 grammassa (täsmälleen) puhdasta hiili-12- isotooppia . Sitä merkitään yleensä nimellä N A [3] ja joskus L [4] .

Avogadron vakio kansainvälisessä yksikköjärjestelmässä ( SI ) SI-perusyksiköiden määritelmien muutosten mukaan on kokonaisluku, joka on täsmälleen yhtä suuri kuin

Joskus kirjallisuudessa tehdään ero Avogadro-vakion N A , jonka mitat ovat mol −1 , ja dimensioton kokonaisluvun Avogadro A [5] [K 1] välillä, joka on numeerisesti yhtä suuri .

Mooli  on se määrä ainetta, joka sisältää N A -rakenneelementtejä (eli niin monta kuin 12 g 12 C:ssa on atomeja vanhan määritelmän mukaan), ja rakenneosat ovat yleensä atomeja, molekyylejä, ioneja jne. Aineen 1 moolin massa ( moolimassa ) grammoina ilmaistuna on numeerisesti yhtä suuri kuin sen molekyylipaino atomimassayksiköinä ilmaistuna . Esimerkiksi:

• 1 mooli natriumia on massa 22,9898 g ja sisältää noin 6,02⋅1023 atomia ;
• 1 mooli kalsiumfluoridia CaF 2 on massa (40,08 + 2 18,998) = 78,076 g ja sisältää 6,02⋅1023 kalsiumionia ja 12,04⋅1023 fluori- ionia ;
• 1 mooli hiilitetrakloridia CCl 4 on massa (12,011 + 4 35,453) = 153,823 g ja sisältää 6,02⋅1023 molekyyliä hiilitetrakloridia;
• jne.

Vuoden 2011 lopussa XXIV yleisessä paino- ja mittakonferenssissa hyväksyttiin yksimielisesti ehdotus [7] , että mooli määritellään kansainvälisen yksikköjärjestelmän (SI) tulevassa versiossa siten, että sen sitominen vältetään. kilogramman määritelmään . Oletettiin, että myyrä vuonna 2018 määritetään Avogadro-numeron perusteella, jolle annetaan tarkka arvo ilman virhettä CODATAn suosittelemien mittaustulosten perusteella . 20.5.2019 asti Avogadro-luku oli mitattavissa oleva määrä, jota ei hyväksytty määritelmän mukaan. Vuonna 2015 tarkimmista mittauksista saatiin Avogadro-luvun suositeltu arvo N A = 6,022 140 82(11)⋅10 23 mol −1 , joka saatiin laskemalla eri mittausten tulosten keskiarvo [8] [9] [10 ] .

Avogadron laki

Atomiteorian kehityksen kynnyksellä ( 1811 ) A. Avogadro esitti hypoteesin, jonka mukaan samassa lämpötilassa ja paineessa yhtä suuret tilavuudet ihanteellisia kaasuja sisältävät saman määrän molekyylejä. Tämän hypoteesin osoitettiin myöhemmin olevan kineettisen teorian välttämätön seuraus, ja se tunnetaan nykyään Avogadron lakina. Se voidaan formuloida seuraavasti: yksi mooli mitä tahansa kaasua samassa lämpötilassa ja paineessa vie saman tilavuuden normaaleissa olosuhteissa  22,41383 litraa . Tämä määrä tunnetaan kaasun moolitilavuutena .

Jatkuvan mittauksen historia

Avogadro itse ei tehnyt arvioita molekyylien määrästä tietyssä tilavuudessa, mutta hän ymmärsi, että tämä on erittäin suuri arvo. Josef Loschmidt yritti ensimmäisen kerran löytää tietyn tilavuuden sisältävien molekyylien lukumäärän vuonna 1865 . Loschmidtin laskelmista seurasi, että ilmalla molekyylien määrä tilavuusyksikköä kohti on 1,81⋅10 18 cm −3 , mikä on noin 15 kertaa pienempi kuin todellinen arvo. Kahdeksan vuoden jälkeen Maxwell antoi paljon tarkemman arvion "noin 19 miljoonasta miljoonasta" molekyylistä kuutiosenttimetriä kohden eli 1,9⋅10 19 cm -3 . Hän arvioi Avogadron lukumäärän olevan noin .

Itse asiassa 1 cm³ ihanteellista kaasua normaaleissa olosuhteissa sisältää 2,68675⋅10 19 molekyyliä . Tätä määrää on kutsuttu Loschmidt-luvuksi (tai vakioksi) . Siitä lähtien on kehitetty suuri joukko riippumattomia menetelmiä Avogadro-luvun määrittämiseksi. Saatujen arvojen erinomainen yhteensopivuus on vakuuttava todiste molekyylien todellisesta määrästä.

Vuonna 1908 Perrin antaa hyväksyttävän arvion , joka on laskettu Brownin liikkeen parametreista .

Nykyaikaiset arviot

Virallisesti vuonna 2010 hyväksytty Avogadron numeron arvo mitattiin kahdella pallolla, jotka oli valmistettu yhdestä Czochralski-menetelmällä kasvatetusta pii-28- kiteestä . Pallot työstettiin Leibnizin kristallografiainstituutissa ja kiillotettiin Australian Center for High-Precision Opticsissa niin sujuvasti, että halkaisijaltaan noin 93,75 mm niiden pinnalla olevien ulkonemien korkeus ei ylittänyt 98 nm ; pinnan säteittäiset koordinaatit mitattiin optisella interferometrialla 0,3 nm :n virheellä (yhden atomikerroksen paksuusluokkaa) [11] . Niiden valmistukseen käytettiin erittäin puhdasta pii-28:aa, joka eristettiin Venäjän tiedeakatemian Nizhny Novgorodin erittäin puhtaiden aineiden kemian instituutissa piitetrafluoridista , joka on runsaasti pii-28 :aa rikastettu ja joka saatiin mekaanisen suunnittelun keskustoimistosta. Insinöörityötä Pietarissa.

Tällaisten käytännössä ihanteellisten esineiden avulla on mahdollista laskea suurella tarkkuudella pallossa olevien piiatomien lukumäärä ja siten määrittää Avogadro-luku. Saatujen tulosten mukaan se on yhtä suuri kuin 6,02214084(18) 10 23 mol −1 [12] .

Tammikuussa 2011 kuitenkin julkaistiin uusien mittausten tulokset, joita pidetään tarkempina [13] : N A = 6.02214078(18)⋅10 23 mol −1 .

24. yleisessä paino- ja mittakonferenssissa 17.–21. lokakuuta 2011 hyväksyttiin yksimielisesti päätöslauselma [7] , jossa erityisesti ehdotettiin SI:n tulevassa tarkistuksessa moolimäärittelyä uudelleen niin, että Avogadro luku oli täsmälleen 6,02214X⋅ 10 23 mol −1 , jossa X korvaa yhden tai useamman merkittävän luvun, joka määritetään lopullisessa julkaisussa CODATAn parhaiden suositusten perusteella [14] . Samassa päätöslauselmassa ehdotetaan määritettäväksi samalla tavalla Planckin vakion , alkuainevarauksen , Boltzmannin vakion ja monokromaattisen säteilyn maksimivalotehokkuuden tarkat arvot päivänäön kannalta .

CODATAn vuonna 2010 suosittelema Avogadron numeron arvo oli:

CODATA :n vuonna 2014 suositteleman Avogadro-luvun arvo oli [15] :

Vakioiden välinen suhde

• Boltzmannin vakion ja Avogadron luvun tulo ilmaisee yleisen kaasuvakion , [16] .
• Alkeissähkövarauksen ja Avogadron luvun tulon kautta Faradayn vakio ilmaistaan ​​[17] .

Katso myös

• Yleiskaasuvakio
• Boltzmannin vakio
• Ideaalikaasun tilayhtälö
• Kaasun molaarinen tilavuus

Kommentit

1. ↑ Avogadro-luku A on moninkertainen mittayksikkö, joka koostuu erittäin suurista, dimensiottomista kokonaisluvuista, jotka ovat numeerisesti yhtä suuria kuin Avogadron vakio, eli A on N A kertaa suurempi kuin alkuperäinen arvo - 1. pala. Avogadro-lukua käytetään kvantitatiivisesti kuvaamaan järjestelmiä, jotka sisältävät niin suuren määrän esineitä (yleensä aineen hiukkasia ja hiukkasryhmiä), että on hankalaa ja tuskin visuaalista ilmaista näiden kappaleiden lukumäärää. Esimerkiksi 1 A tennispalloja peittää maapallon pinnan 100 km paksuisella kerroksella; 1 Ja dollarisetelit peittävät kaikki maanosat tiheällä kahden kilometrin kerroksella; Saharan autiomaassa on hieman alle 3 A hiekkajyvää [6] .

Muistiinpanot

1. ↑ Aikaisemmin ilmaistu molekyylien lukumääränä gram-molekyylissä tai atomien lukumääränä gram-atomissa .
2. ↑ Avogadro-vakio // Physical Encyclopedia / Ch. toim. A. M. Prokhorov . - M .: Neuvostoliiton tietosanakirja , 1988. - T. 1. - S. 11. - 704 s. - 100 000 kappaletta.
3. ↑ toisin kuin N , ilmaisee hiukkasten lukumäärää ( englanti Particle number ) 
4. ↑ http://www.iupac.org/publications/books/gbook/green_book_2ed.pdf
5. ↑ Press I.A. , Yleisen kemian perusteet itseopiskeluun, 2012 , s. 22-23.
6. ↑ Press I.A. , Yleisen kemian perusteet itseopiskeluun, 2012 , s. 23.
7. ↑ 1 2 Kansainvälisen yksikköjärjestelmän, SI, mahdollisesta tulevasta tarkistuksesta. CGPM:n 24. kokouksen päätös 1 (2011).
8. ↑ Tarkka arvio Avogadron numerosta auttaa antamaan kilogramman uuden määritelmän: Tiede: Tiede ja teknologia: Lenta.ru
9. ↑ NA-mittausten korrelaatio laskemalla 28 Si-atomia
10. ↑ Tarkempi arvio Avogadron määrästä, joka auttaa määrittämään kilogramman uudelleen | American Institute of Physics (linkki ei saatavilla) . Haettu 15. heinäkuuta 2015. Arkistoitu alkuperäisestä 16. heinäkuuta 2015. (määrätön) 
11. ↑ Aleksei Poniatov. Viimeinen kilo luovutti  // Tiede ja elämä. - 2019. - Nro 3 . (Venäjän kieli)
12. ↑ Fyysikot ovat määrittäneet Avogadro-luvun tulevalle kilostandardille (pääsemätön linkki) . RIA Novosti (20. lokakuuta 2010). Haettu 20. lokakuuta 2010. Arkistoitu alkuperäisestä 23. lokakuuta 2010. (Venäjän kieli) 
13. ↑ B. Andreas et ai., Determination of the Avogadro Constant Counting the Atoms in a 28 Si Crystal , Phys. Rev. Lett. 106 , 2011, 030801
14. ↑ Sopimus sitoa kilo ja ystävät perusasioihin - fysiikka-matematiikka - 25. lokakuuta 2011 - New Scientist
15. ↑ CODATA Arvo: Avogadro-vakio
16. ↑ Boltzmannin vakio, 1988 .
17. ↑ Faradayn vakio, 1998 .

Kirjallisuus

• Boltzmannin vakio  // Physical Encyclopedia. - Neuvostoliiton tietosanakirja , 1988. - T. 1 . - S. 222 . (Venäjän kieli)
• Meilikhov E. Z. Avogadron numero. Kuinka nähdä atomi. - Dolgoprudny, Moskovan alue: Intellect, 2017. - 86 s. - (Nykyajan fysiikan alkuperä). -500 kappaletta .  — ISBN 978-5-91559-233-8 .
• Press I. A. Yleisen kemian perusteet itsenäistä opiskelua varten. - 2. painos, tarkistettu. - Pietari. : Lan, 2012. - 496 s. — ISBN 978-5-8114-1203-7 .
• Faradayn vakio  // Physical Encyclopedia. - Neuvostoliiton tietosanakirja , 1998. - V. 5 . - S. 275 . (Venäjän kieli)
• Avogadron numero // Suuri Neuvostoliiton tietosanakirja

Sanakirjat ja tietosanakirjat	Suuri tanskalainen Suuri katalaani Hienoa norjalaista Iso venäläinen maailman ympäri kroatialainen
Bibliografisissa luetteloissa	GND : 4394515-6