Jaki jest numer Avogadro?

Podpowiemy: to nie 867-5309. To numer Jenny, nie Avogadro. Nie znajdziesz też tych cyfr nabazgranych markerem na ścianie publicznej łazienki. Jednak odkryjesz to na stronach standardowego podręcznika do chemii: To 6,0221415 × 10 ²³ . Napisane, to 602.214.1500.000.000.000.000 [źródło: Fox ]. Masz mało czasu? Po prostu nazwij to kretem.

Tak jak tuzin to 12 rzeczy, tak kret to po prostu liczba rzeczy Avogadro. W chemii te „rzeczy” to atomy lub cząsteczki. Teoretycznie możesz mieć kret piłki baseballowej lub cokolwiek innego, ale biorąc pod uwagę, że kret piłki baseballowej pokryłby Ziemię do wysokości kilkuset mil, trudno byłoby znaleźć dobre praktyczne zastosowanie dla kreta czegokolwiek. większa niż cząsteczka [źródło: Hill i Kolb ]. Więc jeśli kret jest używany tylko do chemii, w jaki sposób Amedeo Avogadro (pełna nazwa: Lorenzo Romano Amedeo Carlo Avogadro) i chemia skrzyżowały się?

Urodzony we Włoszech w 1776 roku Avogadro dorastał w ważnym okresie rozwoju chemii. Chemicy tacy jak John Dalton i Joseph Louis Gay-Lussac zaczynali rozumieć podstawowe właściwości atomów i molekuł i gorąco dyskutowali o zachowaniu tych nieskończenie małych cząstek. Prawo łączenia tomów Gay-Lussaca szczególnie zainteresowało Avogadro. Prawo stanowiło, że gdy dwie objętości gazów reagują ze sobą, tworząc trzeci gaz, stosunek objętości reagentów do objętości produktu zawsze składa się z prostych liczb całkowitych. Oto przykład: dwa tomy wodoru łączy się z jedną objętością gazowego tlenu, aby utworzyć dwie objętości wody pary (przynajmniej jeżeli temperatura jest wystarczająco wysoka) do nic się, czyli

2H ₂ + O ₂ --> ₂ H ₂ O

Bawiąc się implikacjami tego prawa, Avogadro wydedukował, że aby to było prawdą, równe objętości dowolnych dwóch gazów o tej samej temperaturze i ciśnieniu muszą zawierać taką samą liczbę cząstek ( prawo Avogadro ). A jedynym sposobem wyjaśnienia, że ​​to prawo może być prawdziwe dla każdego przykładu, w tym tego, o którym właśnie wspomnieliśmy, jest różnica między atomami i cząsteczkami oraz to, że niektóre pierwiastki, takie jak tlen, faktycznie istnieją jako cząsteczki (w przypadku tlenu, O ₂zamiast po prostu O) To prawda, Avogadro nie miał słów takich jak „cząsteczka”, aby opisać swoją teorię, a jego pomysły spotkały się z oporem między innymi ze strony Johna Daltona. Potrzeba byłoby innego chemika o nazwisku Stanislao Cannizzaro, aby zwrócić uwagę Avogadro, na którą zasłużyli. Zanim te pomysły zyskały popularność, Avogadro już nie żył.

Więc gdzie pasuje do tego liczba Avogadro? Ponieważ prawo Avogadro okazało się tak istotne dla rozwoju chemii, chemik Jean Baptiste Perrin nazwał tę liczbę na jego cześć. Czytaj dalej, aby zobaczyć, jak chemicy określili liczbę Avogadro i dlaczego, nawet dzisiaj, jest to tak ważna część chemii.

Jak, u licha, chemicy ustalili tak pozornie arbitralną liczbę Avogadro? Aby zrozumieć, w jaki sposób została wyprowadzona, musimy najpierw zająć się pojęciem jednostki masy atomowej (amu). Jednostkę masy atomowej definiuje się jako 1/12 masy jednego atomu węgla-12 (najpowszechniejszego izotopu węgla). Oto dlaczego jest to schludne: węgiel-12 ma sześć protonów, sześć elektronów i sześć neutronów, a ponieważ elektrony mają bardzo małą masę, 1/12 masy jednego atomu węgla-12 jest bardzo zbliżone do masy pojedynczego protonu lub pojedynczy neutron. Masy atomowe pierwiastków (te liczby, które widzisz pod pierwiastkami w układzie okresowym) są również wyrażone w jednostkach masy atomowej. Na przykład wodór ma średnio masę atomową 1,00794 amu.

Niestety chemicy nie mają skali, która mogłaby mierzyć jednostki masy atomowej, a już na pewno nie mają możliwości pomiaru pojedynczego atomu lub cząsteczki na raz, aby przeprowadzić reakcję. Ponieważ różne atomy ważą różne ilości, chemicy musieli znaleźć sposób na wypełnienie luki między niewidzialnym światem atomów i molekuł a praktycznym światem laboratoriów chemicznych wypełnionych wagami mierzonymi w gramach. W tym celu stworzyli zależność między jednostką masy atomowej a gramem, która wygląda tak:

1 amu = 1/6,0221415 x 10 ²³ gramy

Ta zależność oznacza, że ​​gdybyśmy mieli liczbę Avogadro, czyli jeden mol atomów węgla-12 (który z definicji ma masę atomową 12 amu), ta próbka węgla-12 ważyłaby dokładnie 12 gramów. Chemicy wykorzystują tę zależność do łatwego przeliczania między mierzalną jednostką grama a niewidzialną jednostką moli, atomów lub molekuł.

Teraz, gdy wiemy, jak bardzo przydaje się liczba Avogadro, musimy zadać sobie ostatnie pytanie: w jaki sposób chemicy określili, ile atomów znajduje się w molu? Pierwsze przybliżone oszacowanie zostało dokonane dzięki uprzejmości fizyka Roberta Millikana, który zmierzył ładunek elektronu. Ładunek mola elektronów, zwanego Faradaya , był już znany, zanim Millikan dokonał swojego odkrycia.

Dzieląc Faradaya przez ładunek elektronu, otrzymujemy liczbę Avogadro. Z biegiem czasu naukowcy odkryli nowe i dokładniejsze sposoby szacowania liczby Avogadro, ostatnio przy użyciu zaawansowanych technik, takich jak użycie promieni rentgenowskich do zbadania geometrii 1-kilogramowej kuli krzemowej i ekstrapolacji liczby zawartych w niej atomów na podstawie tych danych. I chociaż kilogram jest podstawą wszystkich jednostek masy, niektórzy naukowcy chcą zamiast tego zacząć używać liczby Avogadro, podobnie jak obecnie definiujemy długość metra na podstawie prędkości światła, a nie na odwrót.

Mole Day: Dzień po sercu chemika

Prawdopodobnie nie dostaniesz dnia wolnego od pracy ani nie znajdziesz swojej lokalnej drogerii zasypanej kartkami z tej okazji, ale Dzień Mole jest obchodzony co roku przez chemików na całym świecie. Ponieważ liczba Avogadro to 6,022 × 10 ²³ , ma sens tylko to, że święto zaczyna się o 6:02 rano każdego 23 października. Biesiadnicy opowiadają dowcipy o chemii, wydmuchują bąbelki gazu ziemnego, które podpalają, tosty z napojami schłodzonymi suchym lodem i nawet wyrecytuj przysięgę wierności kretowi .

Specjalne podziękowania dla Meisy Salaity, wszechstronnej specjalistki od chemii i dyrektora ds. edukacji i pomocy, Centrum NSF ds. Ewolucji Chemicznej za jej pomoc przy tym artykule.

Powiązane artykuły

Więcej świetnych linków