เรารู้จากหลักสูตรเคมีของโรงเรียนว่าถ้าเรานำสารใดๆ หนึ่งโมล มันจะประกอบด้วยอะตอม 6.02214084(18).10^23 อะตอมหรือองค์ประกอบโครงสร้างอื่นๆ (โมเลกุล ไอออน ฯลฯ) เพื่อความสะดวก หมายเลขของ Avogadro มักจะเขียนในรูปแบบนี้: 6.02 10^23.
อย่างไรก็ตาม เหตุใดค่าคงที่ของ Avogadro (ในภาษายูเครน "กลายเป็น Avogadro") จึงเท่ากับค่านี้ทุกประการ ไม่มีคำตอบสำหรับคำถามนี้ในหนังสือเรียน และนักประวัติศาสตร์เคมีให้คำตอบได้มากที่สุด รุ่นที่แตกต่างกัน- ดูเหมือนว่าเลขอาโวกาโดรจะมีจำนวนที่แน่นอน ความหมายลับ- ท้ายที่สุดแล้ว ยังมีตัวเลขมหัศจรรย์ ซึ่งบางตัวได้แก่ ไพ เลขฟีโบนัชชี เจ็ด (ทางทิศตะวันออก แปด) 13 เป็นต้น เราจะต่อสู้กับสุญญากาศข้อมูล เราจะไม่พูดถึงว่า Amedeo Avogadro คือใคร และทำไมปล่องภูเขาไฟบนดวงจันทร์จึงได้รับการตั้งชื่อเพื่อเป็นเกียรติแก่นักวิทยาศาสตร์คนนี้ นอกเหนือจากกฎหมายที่เขากำหนดขึ้นและค่าคงที่ที่เขาพบ มีบทความมากมายที่เขียนเกี่ยวกับเรื่องนี้แล้ว
พูดให้ถูกคือ ฉันไม่ได้เกี่ยวข้องกับการนับโมเลกุลหรืออะตอมในปริมาตรใดปริมาตรหนึ่งโดยเฉพาะ คนแรกที่พยายามค้นหาว่าก๊าซมีกี่โมเลกุล
ซึ่งบรรจุอยู่ในปริมาตรที่กำหนดที่ความดันและอุณหภูมิเท่ากันคือโจเซฟ ลอสชมิดต์ และนี่คือในปี ค.ศ. 1865 จากการทดลองของเขา Loschmidt ได้ข้อสรุปว่าในหนึ่งลูกบาศก์เซนติเมตรของก๊าซใดๆ สภาวะปกติคือ 2.68675 10^19 โมเลกุล
ต่อมามีการคิดค้นวิธีการอิสระในการหาจำนวนอาโวกาโดร และเนื่องจากผลลัพธ์ส่วนใหญ่ใกล้เคียงกัน สิ่งนี้จึงพูดถึงการมีอยู่จริงของโมเลกุลอีกครั้ง บน ในขณะนี้จำนวนวิธีเกิน 60 แต่เข้า ปีที่ผ่านมานักวิทยาศาสตร์กำลังพยายามปรับปรุงความแม่นยำของการประมาณการเพิ่มเติมเพื่อแนะนำคำจำกัดความใหม่ของคำว่า "กิโลกรัม" จนถึงขณะนี้ กิโลกรัมได้ถูกนำมาเปรียบเทียบกับมาตรฐานวัสดุที่เลือกโดยไม่มีคำจำกัดความพื้นฐานใดๆ
อย่างไรก็ตาม กลับมาที่คำถามของเรา - ทำไมค่าคงที่นี้จึงเท่ากับ 6.022 10^23?
ในวิชาเคมีในปี พ.ศ. 2516 เพื่อความสะดวกในการคำนวณจึงเสนอแนวคิดดังกล่าวว่า "ปริมาณของสาร" โมลกลายเป็นหน่วยพื้นฐานในการวัดปริมาณ ตามคำแนะนำของ IUPAC ปริมาณของสารใดๆ จะเป็นสัดส่วนกับปริมาณของสารที่จำเพาะนั้น อนุภาคมูลฐาน- ค่าสัมประสิทธิ์สัดส่วนไม่ได้ขึ้นอยู่กับชนิดของสาร และจำนวนของ Avogadro เป็นส่วนกลับ
เพื่อความชัดเจน เรามายกตัวอย่างกัน ดังที่ทราบจากคำจำกัดความของหน่วยมวลอะตอมว่า 01.00 น. สอดคล้องกับหนึ่งในสิบสองของมวลของอะตอมคาร์บอน 12C หนึ่งอะตอม และมีค่าเท่ากับ 1.66053878.10^(−24) กรัม ถ้าคุณคูณ 1 อามู ด้วยค่าคงที่ของอาโวกาโดร เราจะได้ 1,000 กรัม/โมล ทีนี้ลองมาดูเบริลเลียมกันดีกว่า จากตาราง มวลของเบริลเลียม 1 อะตอมคือ 9.01 amu ลองคำนวณว่าอะตอมขององค์ประกอบนี้หนึ่งโมลเท่ากับ:
6.02 x 10^23 โมล-1 * 1.66053878x10^(−24) กรัม * 9.01 = 9.01 กรัม/โมล
ดังนั้นปรากฎว่าในเชิงตัวเลขมันเกิดขึ้นพร้อมกับอะตอม
ค่าคงที่ของ Avogadro ได้รับการคัดเลือกเป็นพิเศษเพื่อให้มวลโมลาร์สอดคล้องกับปริมาณอะตอมหรือปริมาณไร้มิติ - โมเลกุลสัมพัทธ์ เราสามารถพูดได้ว่าจำนวนของ Avogadro เป็นหนี้รูปลักษณ์ในด้านหนึ่งจากหน่วยอะตอมของมวลและอีกด้านหนึ่งเป็นของ หน่วยเปรียบเทียบมวลที่ยอมรับโดยทั่วไปคือกรัม
เขากลายเป็นความก้าวหน้าอย่างแท้จริงในวิชาเคมีเชิงทฤษฎีและมีส่วนทำให้การคาดเดาเชิงสมมุติกลายเป็นการค้นพบที่ยิ่งใหญ่ในสาขาเคมีแก๊ส ข้อสันนิษฐานของนักเคมีได้รับหลักฐานที่น่าเชื่อถือในรูปแบบของสูตรทางคณิตศาสตร์และความสัมพันธ์ง่ายๆ และผลการทดลองในปัจจุบันทำให้สามารถสรุปผลที่กว้างขวางได้ นอกจากนี้นักวิจัยชาวอิตาลียังได้อนุมานว่า ลักษณะเชิงปริมาณจำนวนอนุภาคโครงสร้าง องค์ประกอบทางเคมี- ต่อมาจำนวนอาโวกาโดรได้กลายเป็นหนึ่งในค่าคงที่ที่สำคัญที่สุดในฟิสิกส์และเคมีสมัยใหม่
กฎความสัมพันธ์เชิงปริมาตร
เกียรติของการเป็นผู้ค้นพบปฏิกิริยาก๊าซเป็นของ Gay-Lussac นักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศสในช่วงปลายศตวรรษที่ 18 นักวิจัยรายนี้ทำให้โลกมีกฎหมายที่รู้จักกันดีซึ่งควบคุมปฏิกิริยาทั้งหมดที่เกี่ยวข้องกับการขยายตัวของก๊าซ Gay-Lussac วัดปริมาตรของก๊าซก่อนเกิดปฏิกิริยาและปริมาตรที่เกิด ปฏิกิริยาทางเคมี- จากผลการทดลอง นักวิทยาศาสตร์ได้ข้อสรุปที่เรียกว่ากฎความสัมพันธ์เชิงปริมาตรอย่างง่าย สาระสำคัญของมันคือปริมาตรของก๊าซก่อนและหลังมีความสัมพันธ์กันเป็นจำนวนเต็มเล็กน้อย
ตัวอย่างเช่น เมื่อสารที่เป็นก๊าซมีปฏิกิริยาโต้ตอบ เช่น ออกซิเจน 1 ปริมาตรและไฮโดรเจน 2 ปริมาตร ก็จะได้น้ำที่เป็นไอ 2 ปริมาตร เป็นต้น
กฎของเกย์-ลุสซักนั้นใช้ได้หากการวัดปริมาตรทั้งหมดเกิดขึ้นที่ความดันและอุณหภูมิเท่ากัน กฎข้อนี้กลายเป็นเรื่องสำคัญมากสำหรับนักฟิสิกส์ชาวอิตาลี Avogadro เมื่อได้รับคำแนะนำจากเขา เขาได้รับสมมติฐานซึ่งมีผลกระทบอย่างกว้างขวางในด้านเคมีและฟิสิกส์ของก๊าซ และคำนวณเลขอาโวกาโดร
นักวิทยาศาสตร์ชาวอิตาลี
กฎของอาโวกาโดร
ในปี ค.ศ. 1811 อาโวกาโดรเข้าใจว่าก๊าซที่มีอุณหภูมิและความดันคงที่ซึ่งมีปริมาตรเท่ากันนั้นมีจำนวนโมเลกุลเท่ากัน
กฎหมายนี้ซึ่งต่อมาได้รับการตั้งชื่อตามนักวิทยาศาสตร์ชาวอิตาลีได้นำแนวคิดเรื่องอนุภาคที่เล็กที่สุดของสสาร - โมเลกุลมาสู่วิทยาศาสตร์ เคมีถูกแบ่งออกเป็นวิทยาศาสตร์เชิงประจักษ์และวิทยาศาสตร์เชิงปริมาณ อาโวกาโดรเน้นย้ำเป็นพิเศษถึงจุดที่อะตอมและโมเลกุลไม่ใช่สิ่งเดียวกัน และอะตอมคือส่วนประกอบสำคัญของโมเลกุลทั้งหมด
กฎของนักวิจัยชาวอิตาลีทำให้เขาสามารถสรุปเกี่ยวกับจำนวนอะตอมในโมเลกุลของก๊าซต่างๆได้ ตัวอย่างเช่น หลังจากที่อนุมานกฎของอาโวกาโดรได้ เขายืนยันสมมติฐานที่ว่าโมเลกุลของก๊าซ เช่น ออกซิเจน ไฮโดรเจน คลอรีน ไนโตรเจน ประกอบด้วยอะตอมสองอะตอม นอกจากนี้ยังเป็นไปได้ที่จะสร้างมวลอะตอมและมวลโมเลกุลขององค์ประกอบที่ประกอบด้วยอะตอมต่างกัน
มวลอะตอมและโมเลกุล
เมื่อคำนวณน้ำหนักอะตอมของธาตุ มวลของไฮโดรเจนซึ่งเป็นสารเคมีที่เบาที่สุดจะถูกใช้เป็นหน่วยวัดในตอนแรก แต่มีมวลอะตอมมากมาย สารเคมีคำนวณเป็นอัตราส่วนของสารประกอบออกซิเจน กล่าวคือ อัตราส่วนของออกซิเจนและไฮโดรเจนคิดเป็น 16:1 สูตรนี้ค่อนข้างไม่สะดวกสำหรับการวัด ดังนั้นมวลของไอโซโทปของคาร์บอนซึ่งเป็นสารที่พบมากที่สุดในโลกจึงถูกนำมาใช้เป็นมาตรฐานของมวลอะตอม
หลักการกำหนดมวลของสารก๊าซต่างๆ ในระดับโมเลกุลนั้นเป็นไปตามกฎของอาโวกาโดร ในปีพ.ศ. 2504 ได้มีการนำมาใช้ ระบบแบบครบวงจรการนับปริมาณอะตอมสัมพัทธ์ซึ่งใช้หน่วยทั่วไปเท่ากับ 1/12 ของมวลของหนึ่งไอโซโทปของคาร์บอน 12 C ชื่อย่อของหน่วยมวลอะตอมคือ a.m.u. ตามมาตราส่วนนี้ มวลอะตอมออกซิเจนคือ 15.999 amu และคาร์บอนคือ 1.0079 amu คำจำกัดความใหม่จึงเกิดขึ้น: มวลอะตอมสัมพัทธ์คือมวลของอะตอมของสารซึ่งแสดงเป็นอามู
มวลของโมเลกุลของสาร
สารใดๆ ประกอบด้วยโมเลกุล มวลของโมเลกุลดังกล่าวแสดงเป็นอามู ค่านี้เท่ากับผลรวมของอะตอมทั้งหมดที่ประกอบกันเป็นองค์ประกอบ ตัวอย่างเช่น โมเลกุลไฮโดรเจนมีมวล 2.0158 amu ซึ่งก็คือ 1.0079 x 2 และสามารถคำนวณมวลโมเลกุลของน้ำได้จาก สูตรเคมี H 2 O ไฮโดรเจน 2 อะตอมและออกซิเจน 1 อะตอมรวมกันได้ 18.0152 amu
ค่ามวลอะตอมของสารแต่ละชนิดมักเรียกว่ามวลโมเลกุลสัมพัทธ์
จนกระทั่งเมื่อไม่นานมานี้ แทนที่จะใช้แนวคิดเรื่อง "มวลอะตอม" กลับใช้วลี "น้ำหนักอะตอม" ปัจจุบันไม่ได้ใช้แต่ยังพบได้ในตำราเรียนเก่าและผลงานทางวิทยาศาสตร์
หน่วยของปริมาณของสาร
ใช้ร่วมกับหน่วยปริมาตรและมวลในวิชาเคมี มาตรการพิเศษปริมาณสารที่เรียกว่าโมล หน่วยนี้แสดงปริมาณของสารที่มีโมเลกุล อะตอม และอนุภาคโครงสร้างอื่นๆ มากเท่ากับที่มีอยู่ในไอโซโทปคาร์บอน 12 C 12 กรัม ในการใช้งานจริงของโมลของสาร เราควรคำนึงถึงอนุภาคของ องค์ประกอบมีความหมาย - ไอออน อะตอม หรือโมเลกุล ตัวอย่างเช่น โมลของ H + ไอออนและโมลของโมเลกุล H 2 เป็นหน่วยวัดที่แตกต่างกันโดยสิ้นเชิง
ในปัจจุบันปริมาณของสารต่อโมลของสารมีความแม่นยำอย่างยิ่ง
การคำนวณเชิงปฏิบัติแสดงให้เห็นว่าจำนวนหน่วยโครงสร้างในโมลคือ 6.02 x 10 23 ค่าคงที่นี้เรียกว่าเลขอาโวกาโดร ปริมาณสารเคมีนี้ตั้งชื่อตามนักวิทยาศาสตร์ชาวอิตาลี โดยแสดงจำนวนหน่วยโครงสร้างในหนึ่งโมลของสารใดๆ โดยไม่คำนึงถึงโครงสร้างภายใน องค์ประกอบ และแหล่งกำเนิด
มวลกราม
มวลของสารหนึ่งโมลในวิชาเคมีเรียกว่า “มวลโมล” หน่วยนี้แสดงเป็นอัตราส่วน g/mol จากค่ามวลโมลาร์ในทางปฏิบัติ เราจะเห็นว่ามวลโมลาร์ของไฮโดรเจนคือ 2.02158 กรัม/โมล ออกซิเจนคือ 1.0079 กรัม/โมล และอื่นๆ
ผลที่ตามมาของกฎของอาโวกาโดร
กฎของอาโวกาโดรใช้ค่อนข้างมากในการกำหนดปริมาณของสารเมื่อคำนวณปริมาตรของก๊าซ จำนวนโมเลกุลของสารที่เป็นก๊าซใด ๆ ที่เท่ากันภายใต้สภาวะคงที่จะมีปริมาตรเท่ากัน ในทางกลับกัน สารใดๆ 1 โมลมีจำนวนโมเลกุลคงที่ ข้อสรุปแนะนำตัวเอง: ที่อุณหภูมิและความดันคงที่ สารก๊าซหนึ่งโมลจะมีปริมาตรคงที่และมีจำนวนโมเลกุลเท่ากัน เลขอาโวกาโดรระบุว่าก๊าซ 1 โมลประกอบด้วยโมเลกุล 6.02 x 1,023 โมเลกุล
การคำนวณปริมาตรก๊าซสำหรับสภาวะปกติ
สภาวะปกติทางเคมีคือ ความดันบรรยากาศ 760 มม.ปรอท ศิลปะ. และอุณหภูมิ 0 o C ด้วยพารามิเตอร์เหล่านี้ ได้มีการทดลองแล้วว่ามวลของออกซิเจนหนึ่งลิตรคือ 1.43 กิโลกรัม ดังนั้น ปริมาตรของออกซิเจน 1 โมลคือ 22.4 ลิตร เมื่อคำนวณปริมาตรของก๊าซใดๆ ผลลัพธ์จะแสดงค่าเท่ากัน ดังนั้นค่าคงตัวของ Avogadro จึงได้ข้อสรุปอีกประการหนึ่งเกี่ยวกับปริมาตรของสารก๊าซต่างๆ: เมื่อใด สภาวะปกติธาตุก๊าซใด ๆ หนึ่งโมลมีปริมาตร 22.4 ลิตร ค่าคงที่นี้เรียกว่าปริมาตรโมลของก๊าซ
> เบอร์อาโวกาโดร
ค้นหาว่าอะไรจะเท่ากัน เบอร์อาโวกาโดรในไฝ ศึกษาอัตราส่วนของปริมาณสสารของโมเลกุลกับเลขอาโวกาโดร การเคลื่อนที่แบบบราวเนียน ค่าคงที่ของแก๊ส และฟาราเดย์
จำนวนโมเลกุลใน 1 โมล เรียกว่า เลขอาโวกาโดร ซึ่งก็คือ 6.02 x 10 23 โมล -1
วัตถุประสงค์การเรียนรู้
- เข้าใจความเชื่อมโยงระหว่างจำนวนอโวกาโดรกับโมล.
ประเด็นหลัก
- Avogadro เสนอว่าในกรณีของความดันและอุณหภูมิเท่ากัน ปริมาณก๊าซที่เท่ากันจะมีจำนวนโมเลกุลเท่ากัน
- จุดยืนคงที่ของ Avogadro ปัจจัยสำคัญเนื่องจากเชื่อมโยงค่าคงที่และคุณสมบัติทางกายภาพอื่นๆ
- อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ เชื่อว่าตัวเลขนี้สามารถหาได้จากปริมาณ การเคลื่อนไหวแบบบราวเนียน- วัดครั้งแรกในปี 1908 โดย Jean Perrin
เงื่อนไข
- ค่าคงที่ของแก๊สคือค่าคงที่สากล (R) ซึ่งตามมาจากกฎของแก๊สในอุดมคติ ได้มาจากค่าคงที่ของ Boltzmann และจำนวน Avogadro
- ค่าคงที่ของฟาราเดย์คือปริมาณประจุไฟฟ้าต่อโมลของอิเล็กตรอน
- การเคลื่อนที่แบบบราวเนียนคือการกระจัดแบบสุ่มขององค์ประกอบที่เกิดจากการชนกับแต่ละโมเลกุลในของเหลว
หากคุณเผชิญกับการเปลี่ยนแปลงปริมาณของสาร การใช้หน่วยอื่นนอกเหนือจากจำนวนโมเลกุลจะง่ายกว่า โมลทำหน้าที่เป็นหน่วยพื้นฐานในระบบสากลและลำเลียงสารที่มีอะตอมมากเท่าที่เก็บไว้ในคาร์บอน-12 12 กรัม สารปริมาณนี้เรียกว่าเลขอาโวกาโดร
เขาสามารถสร้างการเชื่อมต่อระหว่างมวลที่มีปริมาตรเท่ากันของก๊าซต่าง ๆ ได้ (ภายใต้สภาวะที่มีอุณหภูมิและความดันเท่ากัน) สิ่งนี้ส่งเสริมความสัมพันธ์ของมวลโมเลกุล
เลขอาโวกาโดรแสดงถึงจำนวนโมเลกุลในออกซิเจน 1 กรัม โปรดจำไว้ว่านี่เป็นข้อบ่งชี้ถึงคุณลักษณะเชิงปริมาณของสาร ไม่ใช่มิติการวัดอิสระ ในปี ค.ศ. 1811 อาโวกาโดรเดาว่าปริมาตรของก๊าซอาจเป็นสัดส่วนกับจำนวนอะตอมหรือโมเลกุล และธรรมชาติของก๊าซจะไม่ได้รับผลกระทบจากธรรมชาติ (ตัวเลขเป็นสากล)
รางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ตกเป็นของ Jean Perinne ในปี 1926 จากค่าคงที่ของ Avogadro ดังนั้น จำนวนของอาโวกาโดรคือ 6.02 x 10 23 โมล -1
ความสำคัญทางวิทยาศาสตร์
ค่าคงที่ของ Avogadro มีบทบาทในการเชื่อมโยงที่สำคัญในการสังเกตธรรมชาติในระดับมหภาคและด้วยกล้องจุลทรรศน์ มันเหมือนเป็นสะพานเชื่อมระหว่างค่าคงที่และคุณสมบัติทางกายภาพอื่นๆ ตัวอย่างเช่น สร้างการเชื่อมต่อระหว่างค่าคงที่ของก๊าซ (R) และค่าคงที่ของ Boltzmann (k):
R = กิโลนิวตัน A = 8.314472 (15) เจ โมล -1 K -1 .
และระหว่างค่าคงที่ฟาราเดย์ (F) และประจุเบื้องต้น (e):
F = N A e = 96485.3383 (83) C โมล -1 .
การคำนวณค่าคงที่
การกำหนดตัวเลขส่งผลต่อการคำนวณมวลของอะตอม ซึ่งได้จากการหารมวลของก๊าซหนึ่งโมลด้วยเลขอาโวกาโดร ในปี ค.ศ. 1905 อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์เสนอให้สร้างมันขึ้นมาโดยอาศัยขนาดของการเคลื่อนที่แบบบราวเนียน แนวคิดนี้เองที่ Jean Perrin ทดสอบในปี 1908
โมลคือปริมาณของสารที่มีองค์ประกอบโครงสร้างจำนวนเท่ากันกับอะตอมที่มีอยู่ใน 12 กรัมของ 12 C และองค์ประกอบโครงสร้างมักจะเป็นอะตอม โมเลกุล ไอออน ฯลฯ มวลของ 1 โมลของสาร แสดงเป็นกรัม จะมีค่าเท่ากับตัวเลขกับโมล มวล. ดังนั้น โซเดียม 1 โมลมีมวล 22.9898 กรัม และมีอะตอม 6.02·10 · 23 อะตอม แคลเซียมฟลูออไรด์ CaF 2 1 โมลมีมวล (40.08 + 2 18.998) = 78.076 กรัม และมีโมเลกุล 6.02 10 23 เช่นเดียวกับคาร์บอนเตตระคลอไรด์ CCl 4 1 โมล ซึ่งมีมวล (12.011 + 4 35.453) = 153.823 กรัม ฯลฯ
กฎของอาโวกาโดร
ในช่วงเริ่มต้นของการพัฒนา ทฤษฎีอะตอม(1811) A. Avogadro ตั้งสมมติฐานว่าที่อุณหภูมิและความดันเท่ากัน ก๊าซในอุดมคติที่มีปริมาตรเท่ากันจะมีโมเลกุลเท่ากัน สมมติฐานนี้แสดงให้เห็นในเวลาต่อมาว่าเป็นผลสืบเนื่องที่จำเป็นของทฤษฎีจลน์ศาสตร์ และปัจจุบันเป็นที่รู้จักในชื่อ กฎของอาโวกาโดร สามารถกำหนดสูตรได้ดังนี้: หนึ่งโมลของก๊าซใดๆ ที่อุณหภูมิและความดันเดียวกันจะมีปริมาตรเท่ากัน ที่อุณหภูมิและความดันมาตรฐาน (0 ° C, 1.01×10 5 Pa) เท่ากับ 22.41383 ลิตร ปริมาณนี้เรียกว่าปริมาตรโมลของก๊าซ
อาโวกาโดรเองไม่ได้ประมาณจำนวนโมเลกุลในปริมาตรที่กำหนด แต่เขาเข้าใจว่านี่เป็นค่าที่สูงมาก ความพยายามครั้งแรกในการค้นหาจำนวนโมเลกุลที่มีปริมาตรที่กำหนดเกิดขึ้นในปี พ.ศ. 2408 โดย J. Loschmidt; พบว่าก๊าซในอุดมคติขนาด 1 ซม. 3 ภายใต้สภาวะปกติ (มาตรฐาน) มีโมเลกุล 2.68675 × 10 19 ตามชื่อของนักวิทยาศาสตร์คนนี้ ค่าที่ระบุเรียกว่าเลขลอสชมิดต์ (หรือค่าคงที่) ตั้งแต่นั้นมาก็มีการพัฒนา จำนวนมากวิธีการอิสระในการกำหนดหมายเลขของ Avogadro ข้อตกลงที่ยอดเยี่ยมระหว่างค่าที่ได้รับคือหลักฐานที่น่าเชื่อถือของการมีอยู่จริงของโมเลกุล
วิธีลอสชมิดท์
เป็นที่สนใจทางประวัติศาสตร์เท่านั้น ขึ้นอยู่กับสมมติฐานที่ว่าก๊าซเหลวประกอบด้วยโมเลกุลทรงกลมที่อัดแน่นกัน โดยการวัดปริมาตรของของเหลวที่เกิดขึ้นจากปริมาตรของก๊าซที่กำหนด และทราบปริมาตรของโมเลกุลของก๊าซโดยประมาณ (ปริมาตรนี้สามารถแสดงตามคุณสมบัติบางอย่างของก๊าซ เช่น ความหนืด) Loschmidt จึงได้ค่าประมาณของ Avogadro's หมายเลข ~10 22.
การกำหนดขึ้นอยู่กับการวัดประจุของอิเล็กตรอน
หน่วยของปริมาณไฟฟ้าที่เรียกว่าเลขฟาราเดย์ เอฟคือประจุที่อิเล็กตรอนหนึ่งโมลพาไป กล่าวคือ เอฟ = เน, ที่ไหน จ– ประจุอิเล็กตรอน เอ็น– จำนวนอิเล็กตรอนใน 1 โมลของอิเล็กตรอน (เช่น เลขอาโวกาโดร) เลขฟาราเดย์สามารถกำหนดได้โดยการวัดปริมาณไฟฟ้าที่ต้องใช้ในการละลายหรือตกตะกอนเงิน 1 โมล การวัดอย่างระมัดระวังที่ดำเนินการโดยสำนักงานมาตรฐานแห่งชาติของสหรัฐอเมริกาให้คุณค่า เอฟ= 96490.0 C และประจุอิเล็กตรอนที่วัดได้ วิธีการที่แตกต่างกัน(โดยเฉพาะในการทดลองของอาร์ มิลลิแกน) มีค่าเท่ากับ 1.602×10 –19 C จากที่นี่คุณจะพบ เอ็น- วิธีการหาเลขอาโวกาโดรนี้ดูเหมือนจะเป็นวิธีที่แม่นยำที่สุดวิธีหนึ่ง
การทดลองของเพอร์ริน
ตามทฤษฎีจลน์ศาสตร์ ได้รับนิพจน์รวมทั้งเลขอาโวกาโดรซึ่งอธิบายความหนาแน่นของก๊าซที่ลดลง (เช่น อากาศ) เมื่อความสูงของคอลัมน์ของก๊าซนี้ หากเราสามารถคำนวณจำนวนโมเลกุลในก๊าซขนาด 1 ซม. 3 ที่ความสูงต่างกันสองค่าได้ จากนั้นเมื่อใช้นิพจน์ข้างต้น เราก็จะพบว่า เอ็น- น่าเสียดายที่สิ่งนี้เป็นไปไม่ได้เพราะมองไม่เห็นโมเลกุล อย่างไรก็ตาม ในปี 1910 เจ. เพอร์รินแสดงให้เห็นว่าการแสดงออกดังกล่าวใช้ได้กับสารแขวนลอยของอนุภาคคอลลอยด์ที่มองเห็นได้ในกล้องจุลทรรศน์ด้วย เมื่อนับจำนวนอนุภาคที่อยู่ในความสูงต่างกันในคอลัมน์แขวนลอย จะได้เลขอาโวกาโดรเป็น 6.82×10 23 จากการทดลองอีกชุดหนึ่งซึ่งมีการวัดการกระจัดของอนุภาคคอลลอยด์ราก-ค่าเฉลี่ย-กำลังสองอันเป็นผลมาจากการเคลื่อนที่แบบบราวเนียน เพอร์รินได้รับค่า เอ็น= 6.86х10 23. ต่อจากนั้นนักวิจัยคนอื่น ๆ ได้ทำการทดลองบางอย่างของ Perrin ซ้ำและได้รับค่าที่สอดคล้องกับข้อตกลงที่ยอมรับในปัจจุบัน ควรสังเกตว่าการทดลองของเพอร์รินเป็นจุดเปลี่ยนในทัศนคติของนักวิทยาศาสตร์ต่อทฤษฎีอะตอมของสสาร - ก่อนหน้านี้นักวิทยาศาสตร์บางคนคิดว่ามันเป็นสมมติฐาน ดับบลิว ออสต์วาลด์ นักเคมีผู้โดดเด่นในสมัยนั้น ได้แสดงมุมมองที่เปลี่ยนไปดังนี้: “ความสอดคล้องกันของการเคลื่อนที่แบบบราวเนียนกับข้อกำหนดของสมมติฐานทางจลน์... บีบให้แม้แต่นักวิทยาศาสตร์ที่มองโลกในแง่ร้ายที่สุดต้องพูดถึงข้อพิสูจน์เชิงทดลองของทฤษฎีอะตอม ”
การคำนวณโดยใช้เลขอาโวกาโดร
เมื่อใช้เลขอาโวกาโดร จะได้ค่าที่แน่นอนของมวลอะตอมและโมเลกุลของสารหลายชนิด เช่น โซเดียม 3.819×10 –23 กรัม (22.9898 กรัม/6.02×10 23) คาร์บอนเตตราคลอไรด์ 25.54×10 –23 กรัม เป็นต้น . นอกจากนี้ยังสามารถแสดงได้ว่าโซเดียม 1 กรัมควรมีองค์ประกอบนี้ประมาณ 3x1,022 อะตอม
ดูเพิ่มเติม
กฎเคมีของอาโวกาโดรช่วยในการคำนวณปริมาตร มวลโมลาร์ ปริมาณของสารที่เป็นก๊าซ และความหนาแน่นสัมพัทธ์ของก๊าซ สมมติฐานนี้จัดทำขึ้นโดย Amedeo Avogadro ในปี 1811 และได้รับการยืนยันในการทดลองในเวลาต่อมา
กฎ
Joseph Gay-Lussac เป็นคนแรกที่ศึกษาปฏิกิริยาของแก๊สในปี 1808 เขากำหนดกฎการขยายตัวทางความร้อนของก๊าซและความสัมพันธ์เชิงปริมาตรโดยได้มาจากไฮโดรเจนคลอไรด์และแอมโมเนีย (ก๊าซสองชนิด) สารผลึก- NH 4 Cl (แอมโมเนียมคลอไรด์) ปรากฎว่าในการสร้างมันจำเป็นต้องใช้ก๊าซในปริมาณเท่ากัน ยิ่งกว่านั้น หากมีก๊าซมากเกินไป ส่วน "ส่วนเกิน" จะยังคงไม่ได้ใช้หลังจากปฏิกิริยา
หลังจากนั้นไม่นาน Avogadro ก็สรุปได้ว่าที่อุณหภูมิและความดันเท่ากัน ปริมาณก๊าซที่เท่ากันจะมีจำนวนโมเลกุลเท่ากัน นอกจากนี้ก๊าซยังมีคุณสมบัติทางเคมีและกายภาพที่แตกต่างกัน
ข้าว. 1. อะเมเดโอ อาโวกาโดร
กฎของอาโวกาโดรมีผลที่ตามมา 2 ประการ:
- อันดับแรก - ก๊าซหนึ่งโมลภายใต้สภาวะที่เท่ากันจะมีปริมาตรเท่ากัน
- ที่สอง - อัตราส่วนของมวลของปริมาตรเท่ากันของก๊าซสองชนิดเท่ากับอัตราส่วนของมวลโมลาร์และแสดงความหนาแน่นสัมพัทธ์ของก๊าซหนึ่งต่ออีกก๊าซหนึ่ง (แสดงโดย D)
สภาวะปกติ (n.s.) ถือเป็นความดัน P=101.3 kPa (1 atm) และอุณหภูมิ T=273 K (0°C) ภายใต้สภาวะปกติ ปริมาตรโมลของก๊าซ (ปริมาตรของสารหารด้วยปริมาณของมัน) คือ 22.4 ลิตร/โมล กล่าวคือ ก๊าซ 1 โมล (6.02 ∙ 10 23 โมเลกุล - จำนวนคงที่ Avogadro) ใช้ปริมาตร 22.4 ลิตร ปริมาตรฟันกราม (V m) เป็นค่าคงที่
ข้าว. 2. สภาวะปกติ
การแก้ปัญหา
สาระสำคัญของกฎหมายคือความสามารถในการดำเนินการ การคำนวณทางเคมี- จากข้อพิสูจน์ข้อแรกของกฎหมาย เราสามารถคำนวณปริมาณของสารที่เป็นก๊าซผ่านปริมาตรได้โดยใช้สูตร:
โดยที่ V คือปริมาตรของก๊าซ V m คือปริมาตรโมลาร์ n คือปริมาณของสารที่วัดเป็นโมล
ข้อสรุปที่สองจากกฎของอาโวกาโดรเกี่ยวข้องกับการคำนวณความหนาแน่นของก๊าซสัมพัทธ์ (ρ) ความหนาแน่นคำนวณโดยใช้สูตร m/V หากเราพิจารณาก๊าซ 1 โมล สูตรความหนาแน่นจะเป็นดังนี้:
ρ (แก๊ส) = M/V m,
โดยที่ M คือมวลของหนึ่งโมลนั่นคือ มวลฟันกราม
ในการคำนวณความหนาแน่นของก๊าซหนึ่งจากก๊าซอื่น จำเป็นต้องทราบความหนาแน่นของก๊าซนั้น สูตรทั่วไปความหนาแน่นสัมพัทธ์ของก๊าซมีดังนี้:
D (y) x = ρ(x) / ρ(y)
โดยที่ ρ(x) คือความหนาแน่นของก๊าซหนึ่ง ρ(y) คือความหนาแน่นของก๊าซที่สอง
หากคุณแทนการคำนวณความหนาแน่นลงในสูตร คุณจะได้รับ:
D (y) x = ม(x) / V ม. / M(y) / V ม. .
ปริมาตรฟันกรามจะลดลงและคงอยู่
ง (y) x = ม(x) / ม(y)
ลองพิจารณาดู การประยุกต์ใช้จริงกฎหมายโดยใช้ตัวอย่างปัญหาสองประการ:
- จะได้รับ CO 2 จำนวนกี่ลิตรจาก MgCO 3 6 โมลระหว่างการสลายตัวของ MgCO 3 เป็นแมกนีเซียมออกไซด์และคาร์บอนไดออกไซด์ (n.s.)
- มันเท่ากับอะไร ความหนาแน่นสัมพัทธ์ CO 2 โดยไฮโดรเจนและทางอากาศ?
มาแก้ไขปัญหาแรกกันก่อน
n(MgCO 3) = 6 โมล
MgCO 3 = MgO+CO 2
ปริมาณแมกนีเซียมคาร์บอเนตและ คาร์บอนไดออกไซด์เหมือนกัน (ครั้งละหนึ่งโมเลกุล) ดังนั้น n(CO 2) = n(MgCO 3) = 6 โมล จากสูตร n = V/V m คุณสามารถคำนวณปริมาตรได้:
V = nV m เช่น V(CO 2) = n(CO 2) ∙ V m = 6 โมล ∙ 22.4 ลิตร/โมล = 134.4 ลิตร
ตอบ V(CO 2) = 134.4 ลิตร
วิธีแก้ปัญหาที่สอง:
- D (H2) CO 2 = M(CO 2) / M(H 2) = 44 กรัม/โมล / 2 กรัม/โมล = 22;
- D (อากาศ) CO 2 = M(CO 2) / M (อากาศ) = 44 กรัม/โมล / 29 กรัม/โมล = 1.52
ข้าว. 3. สูตรปริมาณของสารโดยปริมาตรและความหนาแน่นสัมพัทธ์
สูตรของกฎของอาโวกาโดรใช้ได้กับสารที่เป็นก๊าซเท่านั้น ไม่สามารถใช้ได้กับของเหลวและของแข็ง
เราได้เรียนรู้อะไรบ้าง?
ตามกฎหมายกำหนด ก๊าซที่มีปริมาตรเท่ากันภายใต้สภาวะเดียวกันจะมีจำนวนโมเลกุลเท่ากัน ภายใต้สภาวะปกติ (n.s.) ค่าของปริมาตรฟันกรามจะคงที่ กล่าวคือ V m สำหรับก๊าซจะเท่ากับ 22.4 ลิตร/โมลเสมอ เป็นไปตามกฎหมายที่ว่าจำนวนโมเลกุลของก๊าซที่แตกต่างกันภายใต้สภาวะปกติจะมีปริมาตรเท่ากันรวมถึงความหนาแน่นสัมพัทธ์ของก๊าซหนึ่งเมื่อเปรียบเทียบกับอีกก๊าซหนึ่ง - อัตราส่วนของมวลโมลของก๊าซหนึ่งต่อมวลโมลาร์ของ ก๊าซที่สอง
ทดสอบในหัวข้อ
การประเมินผลการรายงาน
คะแนนเฉลี่ย: 4. คะแนนรวมที่ได้รับ: 261
