Avogadro sayısı

Avogadro sayısı Anahtar veri

SI birimleri	köstebek -1
Boyut	${\ displaystyle [N _ {\ mathrm {A}}] = \,}$ N -1 $\,$
Doğa	Skaler miktar
Olağan sembol	${\ displaystyle N _ {\ mathrm {A}}}$
Değer	6.022 140 76 × 10 23 mol −1

Gelen kimya ve fizik , Avogadro sayısının , (ya da daha iyi Avogadro arasında sabit , fizikçi ve kimyager onuruna bir boyuta sahiptir, çünkü) Amedeo Avogadro belirtildiği $K A$ , temel birimde (atomu sayısı olarak tanımlanmaktadır , moleküller veya genel olarak iyonlar) bir mol maddede bulunan.

Mayıs 2019 20 kadar, Avogadro sayısının (ve böylece de mol) sayısı olarak tanımlanır atomu arasında karbon 12 gram (10 -3 kg arasında) karbon 12 , kilogramı kendisi olarak tanımlanır ancak kütlenin bir bölgesinin uluslararası standart . Değeri şu şekilde ölçülür: $N A$ = 6.022 140857 (74) × 10 23 mol −1 .
20 Mayıs 2019'dan itibaren, Avogadro sayısı, köstebeği tanımlayan konvansiyonla sabit bir sabit haline gelir: $N A$ = 6.022 140 76 × 10 23 mol −1 , tam olarak. Kilogram daha sonra üç sabitin ( sezyum-133 atomunun temel durumunun iki aşırı ince seviyesi arasındaki geçişe karşılık gelen radyasyon periyodu mutlak sıfır sıcaklığında , hızının) sabitlenmesiyle tanımlanır . Işık ve Planck sabitesi ), 12 karbon atomu sayısı, g arasında 12 karbon yine) önemli gelişmeler geçiren, ancak artık belirli bir ismi olan bir ölçümüne kalıntıları konu (.

Jean Perrin , popüler kitabı Les Atomes'te (1913), Avogadro'nun varsaydığı sayıya yaklaşmayı ve böylece atom teorisini kurmayı mümkün kılan uyumlu deneyleri tanımladı .

Eğer belirtmektedir temel birimi sayısını $X$ a verilen örnek bir bölgesinin kimyasal madde , kendi sayı mol aşağıdaki denklem ile verilir: ${\ displaystyle N (\ mathrm {X})}$ ${\ displaystyle n (\ mathrm {X})}$

{\ displaystyle n (\ mathrm {X}) = {\ frac {N (\ mathrm {X})} {N _ {\ mathrm {A}}}}}

Avogadro sayısı aynı zamanda gram ve atomik kütle birimi (u) arasındaki dönüşüm faktörüdür :

1 g =

N A

Sayısal değer

SI birimlerinde , BIPM 2015 yılında aşağıdaki değeri gösterir:

N A

= 6,022 140 76 (12) × 10 23 mol −1

yani, 1.2 × 10 16 mol- 1 standart belirsizlikle , yani 2.0 × 10 −8 nispi belirsizlikle . Bu belirsizlik nispeten yüksektir. Sabitleri belirleme alanında, Avogadro sayısını daha hassas bir şekilde belirleme zorluğu ( karbon 12'den tanımlanan mol ) uzun zamandır en önemlilerinden biri olmuştur.

Onun az 26 inci , 16 Kasım 2018 tarihli toplantısında Ölçü ve Ağırlıklar Genel Konferansı (GFCM) 20 Mayıs 2019 tarihi itibariyle, Avogadro sabiti tam eşit olacağına karar verdi:

N A

= 6.022 140 76 × 10 23 mol −1 ,

bundan böyle köstebek tanımını oluşturacaktır .

Basitleştirilmiş sunum

Atomunun kütlesi iki nedenden dolayı, çekirdeğin hemen hemen eşit olduğu:

Elektronlar daha az sayıda olan Nükleonlar (: çekirdeğin bileşenlerinin demek olduğunu protonları ve nötronları ): proton olduğu gibi çok sayıda elektron olarak gerçekten var olan nötr atomu, aynı protonlara nötron ilave edilir;
her şeyden önce, nötron protonla hemen hemen aynı kütleye sahipken, elektron 1.836 kat daha hafiftir.

Bu nedenle, atomun kütlesinin oldukça doğru bir ölçümünü, nükleon sayısını ( kütle numarası olarak adlandırılır ve A olarak belirtilir ) bir nükleonun kütlesi ile yaklaşık 1.67 × 10 1024 g çarparak elde ederiz . Dolayısıyla bir gram madde yaklaşık altı yüz trilyon milyar nükleon ( $1 / 1,67 \times 10 -24$ ≈ 6 × 10 23 ); bu numara, N A olarak gösterilen Avogadro'nun numarasına yakındır .

Bu nedenle, N A moleküllerinin kütlesi A gramına yakındır, burada A , moleküldeki nükleon sayısıdır. Örneğin, su molekülü (iki hidrojen atomu H ve bir oksijen atomundan oluşur ) 18 nükleona sahiptir (her H için 1 nükleon ve O için 16 nükleon, izotopları ihmal eder ), bu nedenle 18 gram su altı yüz trilyon trilyon molekül içerir. . Demir izotopu , demir 56'da 26 proton ve 30 nötron vardır, bu nedenle 56 gram demir 56 , yaklaşık altı yüz trilyon milyar atom içerir. Gerçekte, elemanların farklı doğal izotopları (nötron bunların sayısı bakımından farklılık, bir elemanın karakteristik olan proton sayısı) kütlesi anlamına K bir örneğin, bir mol için: bir eleman X atomu oldukça farklı olabilir demir 55,846 bir ortalama kütleye sahip g değil, 56 g .

Diğer kullanımlar

İdeal gaz sabiti ürünüdür Boltzmann sabiti k süreleri Avogadro sayısı.
Faraday sabiti ürünüdür elemanter yük e Avogadro sayısına göre.

Avogadro sayısının ölçülmesi

Periyodik tablo açıklar elemanlarını ve bunların nispi kitleleri sırasıyla. Avogadro sayısını ölçmenin amacı , atomların mikroskobik dünyası ile bizim ölçeğimizdeki maddenin makroskopik dünyası arasındaki ölçek faktörünü belirlemektir. Tanımı için bir referans olarak böyle veya böyle bir öğenin seçilmesi içsel bir ilgiye sahip değildir, doğrudan daha büyük veya daha az metrolojik zorluklarla bağlantılı bir sözleşmedir . Ayrıca, N A önce hidrojenden , sonra oksijenden 16 ve son olarak karbon 12'den tanımlanarak değişmiştir . En doğal seçim şüphesiz proton olacaktır (bir molü bir gram kütleye sahip olacaktı), ancak o zamanlar atomun bölünebilir olduğunu bilmiyorduk.

Silikon ayrıca standart olarak kabul edildi, yüksek saflıktaki bir küre oluşturdu olurdu. Ancak 2019 ortalarında yürürlüğe giren birim sisteminin yeniden tanımlanmasıyla mesele eskimiş oldu .

Tarih

Pozitivizmin bir sonucu

Avogadro'nun hipotezlerini yaymadaki zorluk , zamanın bilimsel felsefesinden kaynaklanıyor: gösterilmeyen veya ispatlanamayan "hipotezleri" yasakladı. Onsuz bir teori bulmak daha iyiydi.

Aynı zamanda , kuantum mekaniği sayesinde (1926) Heitler ve Londra tarafından 1927'ye kadar gerçekten anlaşılmayan kovalent bağın yanlış anlaşılmasından da kaynaklanıyor . Berzelius'un iyonik teorisi , dihidrojen veya dioksijen varlığına izin vermedi .

Sonuç olarak, dil tereddüt: H bir molekül atomlarının oluştuğunu anlamak ve neden daha önce 2H 4 yerineve neden NO 2N 2 O 4 yerine, yeterince uyumlu verilerin toplanması ve "sınıflandırılamaz" ın (örn . berthollids ) dışlanması zaman alır .

Başında XIX inci yüzyıl Avogadro olarak tanınan yasasını, telaffuz ideal gaz yasa ( 1811 ). Ampère onu 1814'te cesaretlendirdi , ancak bir itiraz karşısında geri çekildi. Anti-atomists reaksiyonu positivist ilham, ile tekrar sertleştirilmiş (bir equivalentists bahsedilen) Dumas içinde 1836 daha sonra, Berthelot ve LeChâtelier .

1860 Karlsruhe Kongresi iki toplumun barış yapmak izin verdi. Ancak genç kimyagerler , Cannizzaro'nun raporuyla atom teorisine döndüler .

Daha sonra , mükemmel bir gazda , P 0 basıncı ve T 0 sıcaklığı altında N parçacık tarafından işgal edilen hacim V 0 , gaz ne olursa olsun aynıdır , bu aslında ideal bir gazın tanımıdır. teorik.

Geriye sadece bir metroloji sorunu olan bu N sayısını ölçmek kaldı .

Maxwell müdahalesi

İlk önemli metin gaz kinetik teori de, yani XVIII inci yüzyılı Daniel Bernoulli doğru hesaplanır kinetik basıncını (1738 Hidrodinamik ) . Ancak bu belge fark edilmedi.

Tüm Loschmidt ilk bulunan sipariş bir büyüklük değeri 10: 24 atomlu 0.1 bir boyuta verdi nm . Ve bu sonuçların güvenilir kabul edilmesi Maxwell'in tüm yetkisini aldı . Gazların kinetik teorisi ( "asalet onun harfleri" edinmişti 1870 ).

Avogadro sayısı atom teorisinin onayı olarak

Atomların varlığı başına kadar itiraz kalır XX inci yüzyıl . Jean Perrin , 1913'te, atomların varlığı hipotezi altında Avogadro sayısını ölçmeyi amaçlayan on üç deneysel protokol listelediği konuyla ilgili bir sentez yayınladı. On, 6.0 × 10 23 ile 6.9 × 10 23 arasında bir sonuç verir :

Tahmini Avogadro sayısı

Fiziksel fenomen	Çıkarılan değer
Gaz viskozitesi	6,2 × 10 23
Brown hareketi (parçacık dağılımı)	6,83 × 10 23
Brown hareketi (parçacıkların yer değiştirmesi)	6.88 × 10 23
Brown hareketi (parçacıkların dönüşü)	6.5 × 10 23
Brown hareketi (parçacık difüzyonu)	6,9 × 10 23
Kritik açıklık	7,5 × 10 23
Gökyüzü rengi	4,5 × 10 23 - 7,5 × 10 23
Siyah gövde spektrumu	6,4 × 10 23
İyonize bir gazın elektrik yükü	6.8 × 10 23
Α radyoaktivite (bir radyum numunesi tarafından yayılan parçacıklar)	6,25 × 10 23
Α radyoaktivite (bir radyum numunesi tarafından yayılan helyum kütlesi)	6,4 × 10 23
Α radyoaktivite (kaybolan radyum kütlesi)	7,1 × 10 23
Α radyoaktivite (bir radyum numunesi tarafından yayılan enerji)	6.0 × 10 23

Tamamlayıcılar

Temelde iki farklı sorun vardır:

kimyada moleküllerin atomlardan oluştuğunu ve bu atomları başka moleküller (farklı özelliklere sahip) vermek için kimyasal bir reaksiyonda değiştirdiklerini anlamak ;
Bu "parçacıkların" (moleküller veya atomlar), sözde mükemmel gaz halinde (yani aralarında etkileşim olmaksızın), hepsinin aynı ortalama hacmi işgal etmesi: yani 1.013 basınç altında 22.414 litre 25 x 10 5 Pa arasında bir basınçta ve 273,15 K parçacıkların sayısı, Avogadro sayısının için eşit Bu ölçüm daha fizik meselesidir.

Gassendi atom teorisini yeniler (1638); Gazların kinetik teorisinin ilk teoremi, 1738'de Bernoulli'ye dayanır. Ancak bu teoremi 1855 civarında Clausius'a kadar unutulacaktır . Nedeni, kimyanın denge sayesinde simyadan kurtulmak zorunda olmasıdır .

Atomlar ve kimya

Saf maddeleri karışımlardan ( ötektik ve azeotrop tuzağı, izomorfik kristal tuzağı ) çıkarmak gerekliydi : Wenzel (1782), Richter (1795), Berthollet - Proust (1799-1806) tartışmasından sonra, kabul edildi. saf bir cisim, aynı süreksiz ve tanımlanmış oranlarda aynı basit cisimlerden oluşur : su ve hidrojen peroksit iki farklı saf cisimdir. John Dalton (1808), sınıflandırmayı ikili (A + B → AB), üçlü (A + 2B → AB2) şeklinde önermekte, moleküller hakkındaki atomik görüşünü açıkça belirtmekte ve "eşdeğerlerin" göreli kütlelerini vermektedir. Berzelius, her bir öğeyi bir sembolle adlandırmayı önerecektir . Gay-Lussac , gaz halindeki bileşikler için tanımlanmış oranlarda hacim yasalarını belirler (1809). Ayrıca bkz . Tanımlı Oranlar Yasası .

Zorluk şuydu: Öyometride , suyun ayrışması 2 hacim dihidrojen ve 1 hacim dioksijen verir. Suyun yeniden bileşimi, bu hacimlerin yalnızca 2 hacim su buharı verdiği anlamına gelir.

Avogadro'nun attığı muazzam adım, iki molekül su H 2 O vermek için ayrışması gereken dihidrojen ve dioksijen varlığını kabul etmektir. ; Bu da Dalton ile Gay-Lussac arasındaki anlaşmazlıkları çözmeyi mümkün kıldı. Ancak bu "ayrışma" ve rekombinasyon her durumda çok sorunluydu. Çok az dinleniyor: Berzelius'un teorisi "molekül" H 2'nin varlığını açıklamayı mümkün kılmıyor.

Yine de Berzelius, elementlerin göreli kütlesi kavramını mükemmelleştirdi (Dulong ve Petit yasası daha sonra önemli bir rol oynadı (1819); Mitscherlich (en) (1819-1823) kristal yasası da).

1826'da Dumas, Dalton atom sisteminin ikna olmuş bir takipçisidir ve ünlü yasasına göre ( d = M / 29 ) birçok molar kütleyi belirlemesine izin verir . Ancak pozitivist felsefeye ikna olarak, 1836'da atomizmi reddediyor : beyaz fosfor buharları P 4ve heksasülfür S 6Sonra yavaş yavaş gelen disülfür S 2 belli ki onu üzdü.

İkna olmuş bir anti-atomist olan Gmelin, hala atom ve molekül arasında ayrım yapmaz ve Eşdeğerler Tablosu'nu verir (1830).

Faraday , iyonik elektrokimyasal eşdeğerlerini Elektroliz Yasaları'nda (1833) yayınlar .

Sonuç: H 2'yi anlamakta başarısızlık, P 4ve S 6başarılı olamadan Avogadro'yu tekrar alan ve dihidrojeni, tetrafosforu tanımlayan ... ve atom elementlerinden oluşan moleküller arasında mükemmel bir ayrım yapan Gaudin'e (1833) rağmen atom teorisi tökezledi .

Organik kimya ( Wohler , sentez ve üre (1828)) ve bunun kovalent unutma yerde Berzelius; ve Gerhardt (1843), ardından Laurent (1846) Gaudin'in söylediklerini yeniden keşfeder. Oluşmakta olan termokimyası arasında 1845s teyit H 2 kırılmalıve Cl 22 HCl vermek için .

Tuhaf "kademeli" varyasyonlar kaldı. Cannizzaro atom teorisini kaydediyor: İlerleyen ayrışma var. Sainte-Claire Deville onaylıyor. 1856'dayız.

1860 Karlsruhe Kongresi baltayı eşdeğerciler ve atomistler arasına gömdü; ancak atomistlerin kimyayı anlamalarında bir avantaja sahip olacakları açıktır.

Fizikçiler ve atomların boyutu

Kalori teorisi hakkındaki Siyah fiziğini rahatsız XVIII inci . İngiltere'de Joule (1848) Bernoulli'nin eserlerini yeniden keşfetti . Krönig (1856) geliştirir; Clausius (1857) , atomların ortalama kare hızının ifadesini bulur :

u = \ sqrt {\ frac {3 \ times RT} {M}}

Ya ,

485 \ {\ rm {{m / s} \ times {\ sqrt {{\ frac {T} {273}}}} \ times {\ sqrt {{\ frac {29} {M}}}}}}

ve Avogadro, Gaudin ve diğerlerinin açıklamasını bulur: " hidrojen " dihidrojendir.

Ortalama hız çok yüksekti; ancak Clausius, ortalama serbest yolun başkent geometrik kavramını icat eder :

L \ sim \ frac {1} {nS}

İle S = kesit.

Gazların kinetik teorisi doğdu; büyüklük düzeninde difüzyon katsayısı olacaktır: içinde m 2 s -1 gibi kinematik viskozite . Loschmidt , atomların büyüklüğünün ve Avogadro sayısının değerini türetecektir (1865). William Thomson (Lord Kelvin) onlara bir düğüm yapısı vermeye çalışacak, ancak 1926'da Schrödinger denklemi , ardından mevcut çözümü verecek olan Hartree-Fock denklemleri olacak. ${\ displaystyle D = {\ frac {1} {3}} u \, L}$

Notlar ve referanslar

" 1 st Ağırlıklar ve Ölçüler (1889) Genel Konferansı " .
(inç) Peter J. Mohr, David B. Newell ve Barry N. Taylor, " CODATA Önerilen Temel Fiziksel Sabit Değerler: 2014 " ,30 Temmuz 2015(erişim tarihi 28 Ekim 2016 ) .
" Taslak çözüm A - CGPM'nin 26. toplantısı (13-16 Kasım 2018) " [PDF]
Uluslararası Ağırlık ve Ölçüler Bürosu , " Madde miktarı birimi " .
[ https://www.bipm.org/utils/fr/pdf/CGPM/Draft-Resolution-A-FR.pdf Taslak çözüm A - 26. CGPM toplantısı (13-16 Kasım 2018)]
Jean-Luc Goudet , “ Videoda: kilogram bir silikon küresi ile mi tanımlanacak? » , Futura'da ( 28 Mart 2020'de erişildi )
[1]. Bakınız: Heitler, W. & London, FZ Physik (1927) 44: 455. https://doi.org/10.1007/BF01397394
Berthollide, stokiyometrik olmayan bir bileşiktir . Zıt anlamlı : daltonide (in) .
(en) Britannica .
Bernard Fernandez, Atomdan çekirdeğe: Atom fiziğine ve nükleer fiziğe tarihsel bir yaklaşım , Ellipses ,2006, 597 s. ( ISBN 978-2-7298-2784-7 ) , bölüm II, bölüm. 1 ("Atomun Tarih Öncesi").
Jean Perrin ( pref. Pierre-Gilles de Gennes ), Les Atomes , Paris, Flammarion , coll. "Alanlar",1991( 1 st ed. , 1913), 292 , s. ( ISBN 2-08-081225-4 ) , böl. 9 ("Sonuç").
Bkz . Gaz yoğunluğu .

Ayrıca görün

Kaynakça

Jean Perrin , Les Atomes , Paris, Félix Alcan,1913[ basımların ayrıntıları ] Avogadro sabitini ölçmek için tasarlanmış farklı yöntemlerin ve deneylerin ayrıntılı bir açıklamasını (diğer şeylerin yanı sıra) sunar.
Jean-Paul Mathieu, Avogadro sabitinin tarihi , Paris, Center de Documentations sciences sociales, coll. "Tarih ve Bilim Felsefesi Defterleri" ( n o 9),1984, 109 p. ( ISBN 978-2-7359-0016-9 , OCLC 20354910 )
Alfred Kastler, "100 yıllık atom kavramı", Journal of Physics , cilt 34 , 1973, C.10, 33-43.

İlgili Makaleler

Dış bağlantılar

(tr) Parçacık Veri Grubu
(inç) Atomik Kütle Veri Merkezi
Çevrimiçi Avogadro sayısının kökeninde Avogadro (1811) metni ve BibNum sitesinde yorum yapıldı