Каков физический смысл постоянной авогадро в физике кратко

Обновлено: 05.07.2024

Число Авогадро — это число частиц в одном моле любого вещества (атомов, молекул, ионов и др.), т. е. молекулярная масса в граммах и примерно равно 6,02214076 ⋅ 10²³ моль⁻¹. Ещё число Авога́дро называется постоянная Авогадро или константа Авогадро.

Более кратко это число может обозначаться как 6,02 ⋅ 10²³, например: 1 моль железа (Fe) содержит 6,02 · 10²³ атомов Fe.

Моль — это стандартная единица измерения в химии, которая позволяет взвешивать два вещества, таким образом, что получается равное количество атомов (молекул или др.) в обоих веществах.

Обычно число Авогадро обозначается как или L.

Чему равен 1 моль?

В одном моле 6,02·10²³ молекул (это число Авогадро).

Что показывает постоянная Авогадро?

Это количество молекул (атомов или др.) вещества на моль. Иногда требуется узнать количество молекул (атомов или др.), которые принимают участие в химической реакции.

Моль — это стандартная единица измерения количества вещества, в котором есть столько же частиц, сколько атомов в 12 г. углерода. Это количество равно постоянной Авогадро, т. е. примерно 6,02 · 10²³ атомов на моль.

Формулы Авогадро

Закон Авогадро

Два газа, взятые в равных объёмах и при одинаковой температуре и давлении, будут иметь одинаковое число молекул (этот закон работает только для газов).

Следствие о молекулярном весе

При равных объёмах любые газы вмещают одинаковое число молекул, следовательно, молекулярный вес (m) газа будет пропорционален его плотности (d):

m = k · d, (где k – коэффициент пропорциональности).

При одинаковых температурах и давлении объем газа (V) прямо пропорционален количеству газа (n):

V / n = k, (где k – коэффициент пропорциональности).

Следствие о молекулярном объёме

При одинаковых температурах и давлении, равное число молекул двух разных газов займут одинаковый объём:

Можно определить количество газообразного вещества (n), поделив объём газа (V) на молярный объём (Vm).

Следствие о молекулярной плотности

ρ = m / V, где ρ — плотность, m — масса, V — объём.

Эта формула, при нормальных условиях и 1 моль газа выглядит таким образом:

Чтобы получить относительную плотность газа (ρ (газа)), нужно поделить молярную массу газа (M) на молярный объём (Vm).

При решении задачек по физике периодически встречается такая константа, как число Авогадро . Число это появилось не случайно, а является следствием закона Авогадро .

Давайте обсудим этот закон в режиме "для чайников" . Правда относится он больше к химии, нежели к физике, но и в физике мы встретим его ни раз, а уж инженеру этак вообще нужно знать всё :).

Начнем, пожалуй, с самого Амедео Авогадро. Чуть выше приведен его портрет и я надеюсь, что выглядел он не так, как его изображают :). Ибо статуя Авогадро гораздо более лицеприятная. Да и с именем парню "повезло". Амедео звучит почти как A-media. Название какой-то фирмы по продаже болванок. Ну да ладно. Человек внёс огромный вклад в развитие химии и физической химии, открыв воистину фундаментальный закон. Поэтому, подшучивать над внешностью как-то неуместно.

Интересно отметить, что закон был открыт гораздо раньше, чем его удалось доказать экспериментально и существовал чисто в эмпирическом виде. Позже исследователи подтвердили, что Авогадро был совершенно прав и закон назвали его именем .

Формулировка закона Авогадро

В равных объёмах различных газов, взятых при одинаковых температурах и давлениях , содержится одно и то же количество молекул

Встречается и ещё одна формулировка, которая, собственно, следует из закона.

Один моль любого газа при одинаковых температуре и давлении занимает один и тот же объём при нормальных условиях, равный 22,4 л

Напомню, что нормальные условия - это давление 1 атмосфера и температура 273,15 К.

Разбираем текст закона

Теперь разберем сам текст закона . Какие вопросы тут могут возникнуть?

Обратите внимание, что речь идёт про равные объемы . Если взять кислород и азот в разных объемах, одного кубический метр, а второго - два кубических метра, то соотношение Авогадро уже не выполняется.

Важно также отметить, что мы говорим про идеальные газы . Сравниваем именно их. Если же газ близок к идеальному, то чем он дальше от идеального, тем больше отклонение от закона Авогадро. Напомню, что идеальные газы - это такие газы, у которых нет взаимодействия между частицами, а размеры пренебрежимо малы. Правда про идеальные газы полезно знать побольше, но это тема отдельного материала.

Отдельно отмечается, что должны соответствовать давление и температура . Это тоже логично. Ведь это только в теории мы можем представить себе "кубик" газа, будь то водород или кислород, который обособлен. В реальности всё немного иначе и вытянуть такой кусок не получится. От того и множество влияний, который следовало бы учитывать при изменении давления и температуры. Если газы рассматривать при разных температурах и давлениях, то и та же плотность газов будет отличаться от тех, при которых мы проводим сравнение. Значит в глобальных масштабах частицы смогут перетекать из одного объема в другой, что уже некорректно.

Ну и интересная фраза " содержится одно и то же количество молекул ". А какое это количество молекул? :). Про то, как его определяли и определяют до сих пор есть множество статей. Например, про это я писал на своем сайте .

6,02 ∙ 1023 молекул (1 моль) газа или смеси газов при н.у. занимает объём равный 22,4 л. Это количество молекул и есть число Авогадро Nа = 6,022 140 76⋅1023 моль−1.

Правда если уж мы заговорили про число Авогадро, то там употребляется формулировка "структурных единиц", вместо "молекул". Да и "сфера действия" распространяется на все тела. Тогда как закон Авогадро справедлив только для твердых тел .

Как появился закон Авогадро и почему стоит ему доверять

Пытливые умы, конечно же, начинают вникать в возможность существования закона Авогадро не только на бумаге . Давайте посмотрим, как всё начиналось и что является подтверждением обозначенного выше закона.

Гей-Люссак изучал реакцию, в которой из двух газов – хлористого водорода и аммиака получался твердых хлорид амония .

При многократных повторениях эксперимента обнаружилось, что для реакции требуются равные объемы обоих газов . Если одного газа было больше другого, то в результате реакции, тот газ которого больше, оставался неиспользованным. Причем именно в таком количестве, во сколько раз его было больше.

Гей-Люссак записал эти наблюдения в свой "живой журнал" и сам забыл об этом :). Но эти записи ненароком попали к Амедео Авогадро.

Авогадро сделал вывод, что равные объемы любых газов содержат равное число молекул . Или же как ещё объяснить наблюдение, что в результате взаимодействия неравных объемов, в дело идут только равные их части!?

Объяснение было простым. Для того, чтобы наблюдалась описываемая картина, нужно чтобы каждая из частичек рассматриваемого газа провзаимодействовала с частичкой другого газа. " Один на один ", скажем так.

Впоследствии гипотеза подтвердилось в многочисленных экспериментах для множества газов . Воспроизводилось результата и дала понимание того, что мы имеем дело не со спецификой какого-то конкретного набора газов, которые оказались в паре, а со всеобъемлющим законом.

Моль — количество вещества, масса которого, выраженная в граммах , численно равна относительной атомной (молекулярной) массе .

Моль — количество вещества, масса которого, выраженная в граммах, численно равна относительной атомной (молекулярной) массе.

Моль — единица количества вещества в СИ (одна из основных единиц СИ).

В 1 моле содержится столько молекул (атомов или других частиц вещества), сколько атомов содержится в 0,012 кг нуклида углерода 12 С с атомной массой 12.

Из этого определения следует, что в одном моле любого вещества содержится одно и то же число атомов или молекул.

Число это называется постоянной Авогадро и обозначается N_A:

Постоянная Авогадро (число Авогадро) — это число атомов (молекул, или других структурных элементов вещества), содержащихся в 1 моле.

Постоянная Авогадро — одна из фундаментальных физических констант. Она входит в некоторые другие постоянные, например, в постоянную Больцмана.

Количество вещества.

Количество вещества — это число частиц вещества (атомов, молекул), выраженное в молях. Учитывая определение моля и числа Авогадро, можно сказать, что количество вещества v равно отношению числа молекул N в данном теле к постоянной Авогадро N_A, т.е. к числу молекул в 1 моле вещества:

Число́ Авога́дро, константа Авогадро — физическая константа, численно равная количеству специфицированных структурных единиц (атомов, молекул, ионов, электронов или любых других частиц) в 1 моле вещества. Определяется как количество атомов в 12 граммах (точно) чистого изотопа углерода-12. Обозначается обычно как N_A, реже как L [1].

Значение числа Авогадро, рекомендованное 2006 году [2]:

N_A = 6,022 141 79(30)×10 23 моль −1 .

Моль — количество вещества, которое содержит N_A структурных элементов (т.е. столько же, сколько атомов содержится в 12 г 12 С), причем структурными элементами обычно являются атомы, молекулы, ионы и др. Масса 1 моля вещества, выраженная в граммах, численно равна его молекулярной массе. Так, 1 моль натрия имеет массу 22,9898 г и содержит примерно 6,02·10 23 атомов; 1 моль фторида кальция CaF₂ имеет массу (40,08 + 2×18,998) = 78,076 г и содержит 6,02·10 23 молекул, как и 1 моль тетрахлорида углерода CCl₄, масса которого равна (12,011 + 4×35,453) = 153,823 г и т. п.

Закон Авогадро

На заре развития атомной теории (1811) А. Авогадро выдвинул гипотезу, согласно которой при одинаковых температуре и давлении в равных объёмах идеальных газов содержится одинаковое число молекул. Позже было показано, что эта гипотеза есть необходимое следствие кинетической теории, и сейчас она известна как закон Авогадро. Его можно сформулировать так: один моль любого газа при одинаковых температуре и давлении занимает один и тот же объем, при нормальных условиях равный 22,41383 л. Эта величина известна как молярный объем газа.

Сам Авогадро не делал оценок числа молекул в заданном объеме, но понимал, что это очень большая величина. Первую попытку найти число молекул, занимающих данный объем, предпринял в 1865 Й. Лошмидт; было установлено, что в 1 см³ идеального газа при нормальных условиях содержится 2,68675·10 19 молекул. По имени этого ученого указанная величина была названа числом (или постоянной) Лошмидта. С тех пор было разработано большое число независимых методов определения числа Авогадро. Превосходное совпадение полученных значений является убедительным свидетельством реального существования молекул.

Связь между константами

Через произведение постоянной Больцмана на число Авогадро выражается Универсальная газовая постоянная, R=kN_A.
Через произведение элементарного электрического заряда на число Авогадро выражается постоянная Фарадея, F=eN_A.

См. также

Wikimedia Foundation . 2010 .

Полезное

Смотреть что такое "Постоянная Авогадро" в других словарях:

постоянная Авогадро — Avogadro konstanta statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Apibrėžtį žr. priede. priedas( ai) Grafinis formatas atitikmenys: angl. Avogadro constant vok. Avogadro Konstante, f; Avogadrosche Konstante, f rus. константа Авогадро … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

постоянная Авогадро — Avogadro konstanta statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. Avogadro’s constant; Avogadro’s number vok. Avogadro Konstante, f; Avogadrosche Konstante, f rus. постоянная Авогадро, f; число Авогадро, n pranc. constante d’Avogadro, f; nombre… … Fizikos terminų žodynas

постоянная Авогадро — Avogadro konstanta statusas T sritis Energetika apibrėžtis Apibrėžtį žr. priede. priedas( ai) MS Word formatas atitikmenys: angl. Avogadro’s constant vok. Avogadro Konstante, f; Avogadrosche Konstante, f rus. константа Авогадро, f; постоянная… … Aiškinamasis šiluminės ir branduolinės technikos terminų žodynas

АВОГАДРО ПОСТОЯННАЯ — (Авогадро число) (NA), число молекул или атомов в 1 моле вещества; NA=6,022?1023 моль 1. Названа по имени А. Авогадро … Современная энциклопедия

Авогадро постоянная — (Авогадро число) (NA), число молекул или атомов в 1 моле вещества; NA=6,022´1023 моль 1. Названа по имени А. Авогадро. … Иллюстрированный энциклопедический словарь

Авогадро Амедео — Авогадро (Avogadro) Амедео (9.8.1776, Турин, ‒ 9.7.1856, там же), итальянский физик и химик. Получил юридическое образование, затем изучал физику и математику. Член корреспондент (1804), ординарный академик (1819), а затем директор отделения… … Большая советская энциклопедия

Авогадро — (Avogadro) Амедео (9.8.1776, Турин, 9.7.1856, там же), итальянский физик и химик. Получил юридическое образование, затем изучал физику и математику. Член корреспондент (1804), ординарный академик (1819), а затем директор отделения физико… … Большая советская энциклопедия

Постоянная тонкой структуры — Постоянная тонкой структуры, обычно обозначаемая как , является фундаментальной физической постоянной, характеризующей силу электромагнитного взаимодействия. Она была введена в 1916 году немецким физиком Арнольдом Зоммерфельдом в качестве меры… … Википедия

АВОГАДРО ПОСТОЯННАЯ — (число Авогадро), число структурных элементов (атомов, молекул, ионов или др. ч ц) в ед. кол ва в ва (в одном моле). Названа в честь А. Авогадро, обозна чается NA. А. п. одна из фундаментальных физических констант, существенная для определения мн … Физическая энциклопедия

ПОСТОЯННАЯ — величина, имеющая неизменное значение в области её использования; (1) П. Авогадро то же, что Авогадро (см.); (2) П. Больцмана универсальная термодинамическая величина, связывающая энергию элементарной частицы с её температурой; обозначается k,… … Большая политехническая энциклопедия

Возьмем постоянную температуру T = c o n s t , постоянный объем V = c o n s t и неизменное давление. В этих условиях количество молекул (частиц) в любом идеальном газе будет оставаться постоянным. Данный параметр обозначается буквой N , а само утверждение называется законом Авогадро.

При условии неизменности температуры и давления один моль любого газа будет занимать одинаковый объем.

Уточним, что при решении задач часто упоминаются так называемые нормальные условия. Это означает, что давление равно одной атмосфере или p = 10 5 П а = 760 м м р т . с т , t = 0 ° C . В этих условиях молярный объем любого идеального газа будет равен:

R T p = V μ = 22 , 4 · 10 - 3 м 3 м о л ь = 22 , 4 л м о л ь .

Если нам нужно рассчитать давление смеси разреженных газов, то нужно воспользоваться законом Дальтона.

Что такое число Лошмидта

Количество молекул в постоянном объеме идеального газа в нормальных условиях называют числом Лошмидта.

Оно будет равно:

n L = N A V μ = 2 , 686754 · 10 25 м - 3 .

Значение закона Авогадро

Данный закон был открыт в 1811 г. физиком Амадео Авогадро в рамках атомно-молекулярной теории. Он считал, что в составе одной молекулы может находиться несколько атомов. Благодаря этому утверждению он смог объяснить и описать в терминах своей теории опыты Гей-Люссака, который ранее предположил существование закона объемных отношений, однако не смог обосновать его теоретически и решил принять за аксиому.

Соотношение объемов реагирующих газов может быть выражено с помощью простых целых чисел. Это правило называется законом объемных отношений.

Зная закон Авогадро, можно сделать вывод, что и соотношение плотностей идеальных газов будет равно отношению их молярных масс в нормальных условиях:

ρ 1 ρ 2 = μ 1 μ 2 .

Первое отношение в данном равенстве – так называемая относительная плотность первого газа по второму. Также мы можем преобразовать формулу Авогадро, записав ее с помощью масс веществ, поскольку с учетом одинаковых объемов равенство будет аналогичным:

D = ρ 1 ρ 2 = m 1 m 2 .

Мы можем вычислить относительную плотность газа по отношению к водороду или воздуху. поскольку знаем их молярные массы. Они равны μ v o z d = 29 · 10 - 3 к г м о л ь и μ H 2 = 2 · 10 - 3 к г м о л ь соответственно.

Наиболее употребительная область применения закона Авогадро – химия. С его помощью возможно определение состава соединений разных газов, а также вычисление их относительной атомной и молекулярной массы.

Условие: у нас есть 0 , 5 м о л я хлора, которые при нормальных условиях будут занимать некоторый объем. Вычислите, чему именно он будет равен. Какой объем будут занимать 140 г р того же вещества в равных условиях?

Решение

Закон Авогадро гласит, что в нормальных условиях 1 м о л ь любого газа займет объем, равный V μ = 22 , 4 · 10 - 3 м 3 м о л ь . Зная это, мы можем легко решить данную задачу.

V C l 2 = ν · V μ .

Возьмем единицы данных в С И и вычислим:

V C l 2 = 0 , 5 · 22 , 4 · 10 - 3 = 11 , 2 · 10 - 3 м 3 .

Чтобы решить вторую часть задачи, воспользуемся таблицей Менделеева и возьмем из нее молярную массу хлора. Она равна μ C l 2 = 70 · 10 - 3 к г м о л ь .

Также нам потребуется формула для количества вещества:

Подставим нужные значения и проведем вычисление:

V C l 2 = m M V м .

При m = 140 г р = 140 · 10 - 3 к г получим:

V C l 2 = 140 · 10 - 3 70 · 10 - 3 · 22 , 4 · 10 - 3 = 44 , 8 · 10 - 3 ( м 3 ) .

Ответ: 0 , 5 м о л е й хлора займут объем, равный 11 , 2 л , а 140 г хлора – 44 , 8 л .

Условие: поскольку мы знаем, что μ H 2 = 2 г м о л ь , молярная масса искомого вещества может быть вычислена по следующей формуле:

D = m 1 m 2 = μ μ H 2 → μ x = 23 · 2 = 46 г м о л ь .

Решение

Составим пропорцию и из нее найдем массу углерода:

C O 2	C
1 м о л ь	1 м о л ь
26 , 4 г р	x
44 г р	12 г р

m C = x = 26 , 4 · 12 44 = 7 , 2 ( г ) .

По закону сохранения массы мы можем точно так же вычислить массу водорода: m H = 16 , 2 · 2 18 = 1 , 8 ( г ) и кислорода: m O = 13 , 8 - 7 , 2 - 1 , 8 = 4 , 8 ( г ) .

Теперь вычислим, сколько именно молей было в исходном веществе:

ν С = 7 , 2 12 = 0 , 6 ( м о л ь ) .

ν H = 1 , 8 1 = 1 , 8 ( м о л ь ) .

ν O = 4 , 8 16 = 0 , 3 ( м о л ь ) .

Зная закон отношений, можем записать следующее:

ν C : ν H : ν O = 0 , 6 : 1 , 8 : 0 , 3 .

Нам осталось взять числа последнего соотношения и разделить их на 0 , 3 . Получим:

Отсюда можно вывести простейшую формулу C 2 H 6 O .

μ C 2 H 6 O = 24 + 6 + 16 = 46 г м о л ь .

Ранее по формуле мы получили молярную массу, равную 46 . Поскольку истинная и простейшая формулы вещества совпадают, значит, задача решена.

Читайте также: