Kas ir skaitlis vai avogadro konstante. Kur tiek izmantots Avogadro numurs?

Avogadro likums ķīmijā palīdz aprēķināt gāzveida vielas tilpumu, molmasu, daudzumu un gāzes relatīvo blīvumu. Hipotēzi 1811. gadā formulēja Amedeo Avogadro, un vēlāk tā tika apstiprināta eksperimentāli.

Likums

Džozefs Gajs-Lussaks bija pirmais, kurš pētīja gāzu reakcijas 1808. gadā. Viņš formulēja gāzu termiskās izplešanās likumus un tilpuma attiecības, iegūstot no hlorūdeņraža un amonjaka (divām gāzēm) kristālisku vielu - NH 4 Cl (amonija hlorīdu). Izrādījās, ka, lai to izveidotu, ir jāņem vienādi gāzu apjomi. Turklāt, ja viena gāze bija pārāk daudz, tad “papildu” daļa pēc reakcijas palika neizmantota.

Nedaudz vēlāk Avogadro formulēja secinājumu, ka vienādās temperatūrās un spiedienos vienādos daudzumos gāzu ir vienāds skaits molekulu. Šajā gadījumā gāzēm var būt dažādas ķīmiskās un fizikālās īpašības.

Rīsi. 1. Amedeo Avogadro.

No Avogadro likuma izriet divas sekas:

• vispirms - viens mols gāzes vienādos apstākļos aizņem tādu pašu tilpumu;
• otrais - divu gāzu vienādu tilpumu masu attiecība ir vienāda ar to molmasu attiecību un izsaka vienas gāzes relatīvo blīvumu citas gāzes izteiksmē (apzīmē ar D).

Normāli apstākļi (n.s.) ir spiediens P=101,3 kPa (1 atm) un temperatūra T=273 K (0°C). Normālos apstākļos gāzu molārais tilpums (vielas tilpums līdz tās daudzumam) ir 22,4 l / mol, t.i. 1 mols gāzes (6,02 ∙ 10 23 molekulas - Avogadro nemainīgais skaitlis) aizņem 22,4 litru tilpumu. Molārais tilpums (V m) ir nemainīga vērtība.

Rīsi. 2. Normāli apstākļi.

Problēmu risināšana

Likuma galvenā nozīme ir spēja veikt ķīmiskos aprēķinus. Pamatojoties uz likuma pirmajām sekām, jūs varat aprēķināt gāzveida vielas daudzumu caur tilpumu, izmantojot formulu:

kur V ir gāzes tilpums, V m ir molārais tilpums, n ir vielas daudzums, mērot molos.

Otrs secinājums no Avogadro likuma attiecas uz gāzes relatīvā blīvuma (ρ) aprēķinu. Blīvumu aprēķina, izmantojot m/V formulu. Ja ņemam vērā 1 molu gāzes, tad blīvuma formula izskatīsies šādi:

ρ (gāze) = M/V m,

kur M ir viena mola masa, t.i. molārā masa.

Lai aprēķinātu vienas gāzes blīvumu no citas gāzes, ir jāzina gāzu blīvums. Gāzes relatīvā blīvuma vispārīgā formula ir šāda:

D(y)x = ρ(x)/ρ(y),

kur ρ(x) ir vienas gāzes blīvums, ρ(y) ir otrās gāzes blīvums.

Ja blīvuma aprēķinu aizstājam formulā, mēs iegūstam:

D (y) x \u003d M (x) / V m / M (y) / V m.

Molārais tilpums samazinās un paliek

D(y)x = M(x)/M(y).

Apsveriet likuma praktisko piemērošanu divu problēmu piemērā:

• Cik litrus CO 2 iegūs no 6 mol MgCO 3 MgCO 3 sadalīšanās reakcijā magnija oksīdā un oglekļa dioksīdā (n.o.)?
• Kāds ir CO 2 relatīvais blīvums ūdeņradim un gaisam?

Vispirms atrisināsim pirmo problēmu.

n(MgCO 3) = 6 mol

MgCO 3 \u003d MgO + CO 2

Magnija karbonāta un oglekļa dioksīda daudzums ir vienāds (katra viena molekula), tāpēc n (CO 2) \u003d n (MgCO 3) \u003d 6 mol. Pēc formulas n \u003d V / V m varat aprēķināt tilpumu:

V = nV m, t.i. V (CO 2) \u003d n (CO 2) ∙ V m \u003d 6 mol ∙ 22,4 l / mol \u003d 134,4 l

Atbilde: V (CO 2) \u003d 134,4 l

Otrās problēmas risinājums:

• D (H2) CO 2 \u003d M (CO 2) / M (H 2) \u003d 44 g / mol / 2 g / mol \u003d 22;
• D (gaiss) CO 2 \u003d M (CO 2) / M (gaiss) \u003d 44 g / mol / 29 g / mol \u003d 1,52.

Rīsi. 3. Formulas vielas daudzumam pēc tilpuma un relatīvā blīvuma.

Avogadro likuma formulas darbojas tikai gāzveida vielām. Tie neattiecas uz šķidrumiem un cietām vielām.

Ko mēs esam iemācījušies?

Saskaņā ar likuma formulējumu vienādos daudzumos gāzu vienādos apstākļos ir vienāds skaits molekulu. Normālos apstākļos (n.c.) molārā tilpuma vērtība ir nemainīga, t.i. V m gāzēm vienmēr ir 22,4 l/mol. No likuma izriet, ka vienāds dažādu gāzu molekulu skaits normālos apstākļos aizņem vienādu tilpumu, kā arī vienas gāzes relatīvais blīvums citā - vienas gāzes molārās masas attiecība pret otrās gāzes molmasu. gāze.

Tēmu viktorīna

Ziņojuma novērtējums

Vidējais vērtējums: četri . Kopējais saņemto vērtējumu skaits: 91.

Mols - vielas daudzums, kas satur tik daudz strukturālo elementu, cik atomu ir 12 g 12 C, un strukturālie elementi parasti ir atomi, molekulas, joni utt. Vielas 1 mola masa, izteikta gramos, ir skaitliski vienāds ar tā mol. masa. Tātad 1 mola nātrija masa ir 22,9898 g, un tajā ir 6,02 10 23 atomi; 1 mola kalcija fluorīda CaF 2 masa ir (40,08 + 2 18,998) = 78,076 g, un tajā ir 6,02 10 23 molekulas, piemēram, 1 mols oglekļa tetrahlorīda CCl 4, kura masa ir (12,011 + 4 35,453)8 =25,453 utt.

Avogadro likums.

Atomu teorijas attīstības rītausmā (1811) A. Avogadro izvirzīja hipotēzi, saskaņā ar kuru vienā un tajā pašā temperatūrā un spiedienā vienādos tilpumos ideālo gāzu ir vienāds skaits molekulu. Šī hipotēze vēlāk tika pierādīta kā nepieciešamās kinētiskās teorijas sekas, un tagad tā ir pazīstama kā Avogadro likums. To var formulēt šādi: viens mols jebkuras gāzes vienā un tajā pašā temperatūrā un spiedienā aizņem tādu pašu tilpumu, standarta temperatūrā un spiedienā (0 ° C, 1,01 × 10 5 Pa), kas vienāds ar 22,41383 litriem. Šo daudzumu sauc par gāzes molāro tilpumu.

Pats Avogadro neveica aplēses par molekulu skaitu noteiktā tilpumā, taču viņš saprata, ka tas ir ļoti liels daudzums. Pirmo mēģinājumu atrast molekulu skaitu, kas aizņem noteiktu tilpumu, veica J. Loschmidt 1865. gadā; konstatēts, ka 1 cm 3 ideālas gāzes normālos (standarta) apstākļos satur 2,68675×10 19 molekulas. Pēc šī zinātnieka vārda norādīto vērtību sauca par Loschmidt skaitli (vai konstanti). Kopš tā laika ir izstrādāts liels skaits neatkarīgu metožu Avogadro skaitļa noteikšanai. Lieliskā iegūto vērtību sakritība ir pārliecinošs pierādījums molekulu reālai eksistencei.

Loschmidt metode

ir tikai vēsturiska nozīme. Tas ir balstīts uz pieņēmumu, ka sašķidrinātā gāze sastāv no cieši iesaiņotām sfēriskām molekulām. Izmērot šķidruma tilpumu, kas veidojās no noteikta gāzes tilpuma, un aptuveni zinot gāzes molekulu tilpumu (šo tilpumu var attēlot, pamatojoties uz dažām gāzes īpašībām, piemēram, viskozitāti), Loschmidt ieguva Avogadro skaitļa novērtējumu. ~10 22 .

Definīcija, kuras pamatā ir elektrona lādiņa mērījums.

Elektroenerģijas daudzuma vienība, kas pazīstama kā Faradeja skaitlis F, ir lādiņš, ko nes viens elektronu mols, t.i. F = Ne, kur e ir elektrona lādiņš, N- elektronu skaits 1 molā elektronu (t.i., Avogadro skaitlis). Faradeja skaitli var noteikt, izmērot elektroenerģijas daudzumu, kas nepieciešams, lai izšķīdinātu vai nogulsnētu 1 molu sudraba. Rūpīgi mērījumi, ko veica ASV Nacionālais standartu birojs, deva vērtību F\u003d 96490,0 C, un elektronu lādiņš, ko mēra ar dažādām metodēm (īpaši R. Millikena eksperimentos), ir 1,602×10 -19 C. No šejienes jūs varat atrast N. Šī Avogadro skaitļa noteikšanas metode šķiet viena no precīzākajām.

Perrina eksperimenti.

Pamatojoties uz kinētisko teoriju, tika iegūta izteiksme, kas ietver Avogadro skaitli un apraksta gāzes (piemēram, gaisa) blīvuma samazināšanos ar šīs gāzes kolonnas augstumu. Ja mēs varētu aprēķināt molekulu skaitu 1 cm 3 gāzes divos dažādos augstumos, tad, izmantojot norādīto izteiksmi, mēs varētu atrast N. Diemžēl to nevar izdarīt, jo molekulas ir neredzamas. Tomēr 1910. gadā J. Perrins parādīja, ka iepriekšminētā izteiksme ir derīga arī koloidālo daļiņu suspensijām, kuras ir redzamas mikroskopā. Saskaitot daļiņu skaitu dažādos augstumos suspensijas kolonnā, tika iegūts Avogadro skaitlis 6,82 x 10 23 . No citas eksperimentu sērijas, kurā tika mērīta koloidālo daļiņu vidējā kvadrātiskā nobīde to Brauna kustības rezultātā, Perrins ieguva vērtību N\u003d 6,86 × 10 23. Pēc tam citi pētnieki atkārtoja dažus Perrina eksperimentus un ieguva vērtības, kas labi saskan ar pašlaik pieņemtajām. Jāpiebilst, ka Perina eksperimenti kļuva par pagrieziena punktu zinātnieku attieksmē pret matērijas atomu teoriju – agrāk daži zinātnieki to uzskatīja par hipotēzi. Tā laika izcilais ķīmiķis V. Ostvalds šīs izmaiņas savos uzskatos izteica šādi: “Brauna kustības atbilstība kinētiskās hipotēzes prasībām... piespieda pat pesimistiskākos zinātniekus runāt par eksperimentālo. atomu teorijas pierādījums.

Aprēķini, izmantojot Avogadro numuru.

Ar Avogadro skaitļa palīdzību tika iegūtas precīzas daudzu vielu atomu un molekulu masas: nātrijs, 3,819×10 -23 g (22,9898 g / 6,02×10 23), oglekļa tetrahlorīds, 25,54×10 -23 g utt. . Var arī parādīt, ka 1 g nātrija vajadzētu saturēt aptuveni 3 × 10 22 šī elementa atomus.
Skatīt arī

Avogadro likumu 1811. gadā formulēja itāļu ķīmiķis Amadeo Avogadro, un tam bija liela nozīme tā laika ķīmijas attīstībā. Tomēr arī mūsdienās tas nav zaudējis savu aktualitāti un nozīmi. Mēģināsim formulēt Avogadro likumu, tas skanēs apmēram tā.

Avogadro likuma formulēšana

Tātad Avogadro likums nosaka, ka vienādās temperatūrās un vienādos gāzu tilpumos tiks ietverts vienāds molekulu skaits neatkarīgi no to ķīmiskās dabas un fizikālajām īpašībām. Šis skaitlis ir noteikta fizikālā konstante, kas vienāda ar molekulu, jonu skaitu, kas atrodas vienā molā.

Sākotnēji Avogadro likums bija tikai zinātnieka hipotēze, bet vēlāk šo hipotēzi apstiprināja liels skaits eksperimentu, pēc kuriem tas ienāca zinātnē ar nosaukumu "Avogadro likums", kam bija lemts kļūt par ideālo gāzu pamatlikumu.

Avogadro likuma formula

Pats likuma atklājējs uzskatīja, ka fiziskā konstante ir liels daudzums, bet nezināja, kurš. Jau pēc viņa nāves daudzu eksperimentu gaitā tika noteikts precīzs atomu skaits, kas atrodas 12 g oglekļa (proti, 12 g ir oglekļa atomu masas vienība) vai gāzes molārajā tilpumā, kas vienāds ar 22,41 litriem. Šo konstanti par godu zinātniekam nosauca par “Avogadro skaitli”, to apzīmē ar NA, retāk L un ir vienāds ar 6,022*10 23 . Citiem vārdiem sakot, jebkuras gāzes molekulu skaits 22,41 litra tilpumā būs vienāds gan vieglajām, gan smagajām gāzēm.

Avogadro likuma matemātisko formulu var uzrakstīt šādi:

kur V ir gāzes tilpums; n ir vielas daudzums, kas ir vielas masas attiecība pret tās molāro masu; VM ir proporcionalitātes vai molārā tilpuma konstante.

Avogadro likuma piemērošana

Avogadro likuma turpmākā praktiskā pielietošana ļoti palīdzēja ķīmiķiem noteikt daudzu savienojumu ķīmiskās formulas.

Viņš kļuva par īstu izrāvienu teorētiskajā ķīmijā un veicināja to, ka hipotētiski minējumi pārvērtās par lieliem atklājumiem gāzes ķīmijas jomā. Ķīmiķu pieņēmumi ir saņēmuši pārliecinošus pierādījumus matemātisko formulu un vienkāršu attiecību veidā, un eksperimentu rezultāti tagad ļauj izdarīt tālejošus secinājumus. Turklāt itāļu pētnieks atvasināja ķīmiskā elementa strukturālo daļiņu skaita kvantitatīvo raksturlielumu. Pēc tam Avogadro skaitlis kļuva par vienu no svarīgākajām konstantēm mūsdienu fizikā un ķīmijā.

Tilpuma attiecību likums

Gāzu reakciju atklājēja gods pieder 18. gadsimta beigu franču zinātniekam Gejam-Lusakam. Šis pētnieks deva pasaulei labi zināmu likumu, kas pakļaujas visām reakcijām, kas saistītas ar gāzu izplešanos. Gay-Lussac mērīja gāzu tilpumus pirms reakcijas un tilpumus, kas iegūti ķīmiskās mijiedarbības rezultātā. Eksperimenta rezultātā zinātnieks izdarīja secinājumu, kas pazīstams kā vienkāršu tilpuma attiecību likums. Tās būtība ir tāda, ka gāzu tilpumi pirms un pēc ir saistīti viens ar otru kā veseli mazi skaitļi.

Piemēram, mijiedarbojoties gāzveida vielām, kas atbilst, piemēram, vienam tilpumam skābekļa un diviem tilpumiem ūdeņraža, tiek iegūti divi tilpumi tvaikojoša ūdens utt.

Gay-Lussac likums ir spēkā, ja visi tilpumu mērījumi notiek vienā spiedienā un temperatūrā. Šis likums itāļu fiziķim Avogadro izrādījās ļoti svarīgs. Viņa vadīts, viņš secināja savu pieņēmumu, kam bija tālejošas sekas gāzu ķīmijā un fizikā, un aprēķināja Avogadro skaitli.

Itāļu zinātnieks

Avogadro likums

1811. gadā Avogadro saprata, ka vienādos daudzumos patvaļīgu gāzu nemainīgā temperatūrā un spiedienā ir vienāds skaits molekulu.

Šis likums, kas vēlāk nosaukts itāļu zinātnieka vārdā, ieviesa zinātnē jēdzienu par mazākajām matērijas daļiņām - molekulām. Ķīmija sadalījās empīriskajā zinātnē, kāda tā bija, un kvantitatīvā zinātnē, par kuru tā kļuva. Avogadro īpaši uzsvēra, ka atomi un molekulas nav vienādi un ka atomi ir visu molekulu celtniecības bloki.

Itāļu pētnieka likums ļāva nonākt pie secinājuma par atomu skaitu dažādu gāzu molekulās. Piemēram, pēc Avogadro likuma atvasināšanas viņš apstiprināja pieņēmumu, ka gāzu molekulas, piemēram, skābeklis, ūdeņradis, hlors, slāpeklis, sastāv no diviem atomiem. Bija iespējams arī noteikt elementu atomu masas un molekulmasas, kas sastāv no dažādiem atomiem.

Atomu un molekulmasas

Aprēķinot elementa atommasu, sākotnēji par mērvienību tika ņemta ūdeņraža kā vieglākās ķīmiskās vielas masa. Bet daudzu ķīmisko vielu atomu masas tiek aprēķinātas kā to skābekļa savienojumu attiecība, tas ir, skābekļa un ūdeņraža attiecība tika pieņemta kā 16:1. Šī formula bija nedaudz neērta mērījumiem, tāpēc oglekļa izotopa masa, kas ir visizplatītākā viela uz zemes, tika uzskatīta par atomu masas standartu.

Pamatojoties uz Avogadro likumu, balstās dažādu gāzveida vielu masas noteikšanas princips molekulārajā ekvivalentā. 1961. gadā tika pieņemta vienota relatīvo atomu lielumu atskaites sistēma, kuras pamatā bija nosacīta vienība, kas vienāda ar 1/12 no viena oglekļa izotopa masas 12 C. Atomu masas vienības saīsinātais nosaukums ir amu. Saskaņā ar šo skalu skābekļa atomu masa ir 15,999 amu, bet oglekļa atomu masa ir 1,0079 amu. Tādā veidā radās jauna definīcija: relatīvā atomu masa ir vielas atoma masa, kas izteikta a.m.u.

Vielas molekulas masa

Jebkura viela sastāv no molekulām. Šādas molekulas masu izsaka amu, šī vērtība ir vienāda ar visu atomu summu, kas veido tās sastāvu. Piemēram, ūdeņraža molekulas masa ir 2,0158 amu, tas ir, 1,0079 x 2, un ūdens molekulmasu var aprēķināt pēc tās ķīmiskās formulas H 2 O. Divi ūdeņraža atomi un viens skābekļa atoms kopā veido 18 . 0152 amu

Katras vielas atomu masas vērtību parasti sauc par relatīvo molekulmasu.

Vēl nesen jēdziena "atommasa" vietā tika lietota frāze "atommasa". Pašlaik tas netiek izmantots, bet joprojām ir atrodams vecās mācību grāmatās un zinātniskajos rakstos.

Vielas daudzuma mērvienība

Kopā ar tilpuma un masas vienībām ķīmijā tiek izmantots īpašs vielas daudzuma mērs, ko sauc par molu. Šī vienība parāda vielas daudzumu, kas satur tik daudz molekulu, atomu un citu strukturālu daļiņu, cik tās ir 12 g 12 C izotopa oglekļa atomos vai molekulās. Piemēram, H + jonu mols un H 2 molekulas ir pilnīgi atšķirīgi mēri.

Šobrīd ar lielu precizitāti ir izmērīts vielas daudzums vielas molā.

Praktiskie aprēķini liecina, ka struktūrvienību skaits molā ir 6,02 x 10 23 . Šo konstanti sauc par "Avogadro skaitli". Nosaukts itāļu zinātnieka vārdā, šis ķīmiskais daudzums norāda struktūrvienību skaitu jebkuras vielas molā neatkarīgi no tās iekšējās struktūras, sastāva un izcelsmes.

molārā masa

Vielas viena mola masu ķīmijā sauc par "molmasu", šo vienību izsaka ar attiecību g / mol. Praktiski pielietojot molārās masas vērtību, redzams, ka ūdeņraža molmasa ir 2,02158 g/mol, skābekļa ir 1,0079 g/mol utt.

Avogadro likuma sekas

Avogadro likums ir diezgan piemērojams vielas daudzuma noteikšanai, aprēķinot gāzes tilpumu. Vienāds daudzums jebkuras gāzveida vielas molekulu nemainīgos apstākļos aizņem vienādu tilpumu. No otras puses, 1 mols jebkuras vielas satur tikpat daudz molekulu. Secinājums liecina par sevi: nemainīgā temperatūrā un spiedienā viens mols gāzveida vielas aizņem nemainīgu tilpumu un satur vienādu skaitu molekulu. Avogadro skaitlis norāda, ka 1 mola gāzes tilpumā ir 6,02 x 10 23 molekulas.

Gāzes tilpuma aprēķins normālos apstākļos

Normāli apstākļi ķīmijā ir atmosfēras spiediens 760 mm Hg. Art. un temperatūra 0 ° C. Ar šiem parametriem ir eksperimentāli noteikts, ka viena litra skābekļa masa ir 1,43 kg. Tāpēc viena mola skābekļa tilpums ir 22,4 litri. Aprēķinot jebkuras gāzes tilpumu, rezultāti uzrādīja tādu pašu vērtību. Tātad Avogadro konstante izdarīja vēl vienu secinājumu par dažādu gāzveida vielu tilpumiem: normālos apstākļos viens mols jebkura gāzveida elementa aizņem 22,4 litrus. Šo konstanti sauc par gāzes molāro tilpumu.