Константа Авогадро , обычно обозначаемая N A [1] или L , [2], является константой, определяющей SI , с точным значением6,022 140 76 × 10 23 моль -1 ( обратные моли ). [3] [4] Он определяется как количество составляющих частиц (обычно молекул , атомов или ионов ) на моль ( единица СИ ) и используется в качестве коэффициента нормализации количества вещества в образце. На практике его значение часто приближается к 6,02×10 23 моль -1 или 6,022×10 23 моль -1 . [5] Константа названа в честь физика и химика Амедео Авогадро (1776–1856).
Константа Авогадро NA также является фактором, который переводит среднюю массу одной частицы в граммах в молярную массу вещества в граммах на моль (г/моль) . [6]
Константа N A также связывает молярный объем (объем на моль) вещества со средним объемом, номинально занимаемым одной из его частиц, когда оба они выражены в одних и тех же единицах объема. Например, поскольку молярный объем воды в обычных условиях составляет около 18 мл /моль , то объем, занимаемый одной молекулой воды, составляет около 18/6,022 × 10.−23 млили около0,030 нм 3 (кубических нанометров ). Для кристаллического вещества N 0 связывает объем кристалла с количеством повторяющихся элементарных ячеек в один моль к объему одной ячейки (обе в одних и тех же единицах).
В размерном анализе единиц измерения СИ размерность постоянной Авогадро является обратной величиной количества вещества, . Число Авогадро , иногда обозначаемое N 0 , [7] [8] — это числовое значение постоянной Авогадро (т. е. без единиц), а именно безразмерное число 6,022 140 76 × 10 23 . [1] [9]
Константа Авогадро исторически была получена из старого определения моля как количества вещества в 12 граммах углерода -12 ( 12 C); или, что то же самое , количество дальтонов в грамме, где дальтон определяется как 1/12 массы атома 12 C. [10] Согласно этому старому определению, численное значение константы Авогадро в моль -1 (число Авогадро) было физической константой, которую нужно было определять экспериментально.
Переопределение родинки в 2019 году как количества вещества, содержащего ровно6,022 140 76 × 10 23 частиц, [9] означало, что масса 1 моля вещества теперь в точности равна произведению числа Авогадро и средней массы его частиц. Однако дальтон по-прежнему определяется как 1/12 массы атома 12 C, которая должна определяться экспериментально и известна только с конечной точностью . Предыдущие эксперименты, направленные на определение постоянной Авогадро, теперь интерпретируются как измерения величины в граммах дальтонов.
По старому определению моля, числовое значение массы одного моля вещества, выраженное в граммах, в точности равнялось средней массе одной молекулы (или атома) вещества в дальтонах. С новым определением эта числовая эквивалентность больше не является точной, и на нее влияет неопределенность значения дальтона; но это по-прежнему справедливо для всех практических целей. Например, средняя масса одной молекулы воды составляет около 18,0153 дальтон, а одного моля воды — около 18,0153 грамма. Также число Авогадро — это приблизительное количество нуклонов ( протонов и нейтронов ) в одном грамме обычного вещества .
В более старой литературе число Авогадро также обозначалось N , [11] [12] , хотя это противоречит символу числа частиц в статистической механике .
Константа Авогадро названа в честь итальянского учёного Амедео Авогадро (1776–1856), который в 1811 году впервые предположил, что объём газа (при заданном давлении и температуре) пропорционален числу атомов или молекул независимо от природа газа. [13]
Гипотезу Авогадро популяризировал Станислао Канниццаро , который защищал работу Авогадро на Конгрессе в Карлсруэ в 1860 году, через четыре года после его смерти. [14]
Название число Авогадро было придумано в 1909 году физиком Жаном Перреном , который определил его как количество молекул ровно в 16 граммах кислорода . [15] Целью этого определения было сделать массу моля вещества в граммах численно равной массе одной молекулы по отношению к массе атома водорода; которая, согласно закону определенных пропорций , была естественной единицей атомной массы и принималась равной 1/16 атомной массы кислорода.
Значение числа Авогадро (еще не известного под этим названием) было впервые получено косвенным путем Йозефом Лошмидтом в 1865 году путем оценки числа частиц в данном объеме газа. [16] Эта величина, плотность числа частиц n 0 в идеальном газе , теперь называется постоянной Лошмидта в его честь и связана с постоянной Авогадро, NA , соотношением
где p0 — давление , R — газовая постоянная , а T0 — абсолютная температура . Благодаря этой работе символ L иногда используется для обозначения постоянной Авогадро [17] , а в немецкой литературе это название может использоваться для обеих констант, различающихся только единицами измерения . [18] (Однако не следует путать N A с совершенно другой константой Лошмидта в англоязычной литературе.)
Сам Перрен определил число Авогадро несколькими различными экспериментальными методами. Он был удостоен Нобелевской премии по физике 1926 года , главным образом за эту работу. [19]
Электрический заряд, приходящийся на моль электронов, представляет собой константу, называемую постоянной Фарадея , и известен с 1834 года, когда Майкл Фарадей опубликовал свои работы по электролизу . В 1910 году Роберт Милликен с помощью Харви Флетчера впервые измерил заряд электрона . Разделение заряда моля электронов на заряд одного электрона позволило получить более точную оценку числа Авогадро. [20]
В 1971 году на своей 14-й конференции Международное бюро мер и весов (МБМВ) решило рассматривать количество вещества как независимую меру измерения , а моль — как его базовую единицу в Международной системе единиц (СИ). [17] В частности, моль определялся как количество вещества, которое содержит столько элементарных частиц, сколько атомов содержится в 12 граммах ( 0,012 килограмма ) углерода-12 ( 12 C). [10] Так, в частности, один моль углерода-12 составлял ровно 12 граммов этого элемента.
Согласно этому определению, в одном моле любого вещества содержится ровно столько же молекул, сколько в одном моле любого другого вещества. Однако это число N 0 (около 6,022×10 23 ) было физической константой, которую пришлось определять экспериментально, так как оно зависело от массы (в граммах) одного атома 12 С, и поэтому было известно лишь ограниченному кругу лиц. количество десятичных цифр. [17] Общее практическое правило, согласно которому «один грамм вещества содержит N 0 нуклонов», было точным для углерода-12, но немного неточным для других элементов и изотопов.
На той же конференции BIPM также назвал N A (коэффициент, преобразующий моли в количество частиц) « постоянной Авогадро ». Однако термин «число Авогадро» продолжал использоваться, особенно во вводных работах. [21] Как следствие этого определения, NA не было чистым числом, а имело метрическую размерность , обратную количеству вещества (моль -1 ).
На своей 26-й конференции МБМВ принял другой подход: с 20 мая 2019 года он определил константу Авогадро NA как точное значение .6,022 140 76 × 10 23 моль -1 , что дает новое определение моля как точного6,022 140 76 × 10 23 составляющих частиц рассматриваемого вещества. [22] [9] Одним из последствий этого изменения является то, что масса моля из 12 атомов C больше не составляет точно 0,012 кг. С другой стороны, дальтон ( также известная как универсальная атомная единица массы) остается неизменным и составляет 1 ⁄ 12 массы 12 С. [23] [24] Таким образом, постоянная молярной массы остается очень близкой к 1, но уже не точно равна ей. г/моль, хотя разница (4,5 × 10-10 в относительном выражении , по состоянию на март 2019 г.) для всех практических целей несущественна. [9] [1]
Постоянная Авогадро N A связана с другими физическими константами и свойствами.
