Какую роль в формировании атомно молекулярной теории сыграла гипотеза авогадро кратко

Обновлено: 02.07.2024

АВОГАДРО ЗАКОН. О жизни выдающегося итальянского ученого Лоренцо Романо Амедео Карло Авогадро ди Кваренья э ди Черрето (1776–1856) мы знаем очень мало. Известно, что он получил юридическое образование и был адвокатом по делам бедных. А когда войска Наполеона заняли Северную Италию, Авогадро стал секретарем новой французской провинции. Но не защита бедных и не ответственная работа в новой французской администрации принесли ему всемирную (хотя и сильно запоздавшую) славу. Сейчас невозможно найти ни одного учебника химии и физики, на каком бы языке он ни был издан, в котором бы не упоминался закон, сформулированный с помощью гениальной интуиции итальянского ученого. Именно закон Авогадро помог ученым правильно определить формулы многих молекул и рассчитать атомные массы различных элементов.

В 1808 Гей-Люссак (совместно с немецким естествоиспытателем Александром Гумбольдтом) сформулировал так называемый закон объемных отношений, согласно которому соотношение между объемами реагирующих газов выражается простыми целыми числами. Например, 2 объема водорода соединяются с 1 объемом водорода, давая 2 объема водяного пара; 1 объем хлора соединяется с 1 объемом водорода, давая 2 объема хлороводорода и т.д. Этот закон в то время мало что давал ученым, поскольку не было единого мнения о том, из чего состоят частицы разных газов. Не существовало и четкого различия между такими понятиями как атом, молекула, корпускула.

Во времена Авогадро его гипотезу невозможно было доказать теоретически. Но эта гипотеза давала простую возможность экспериментально устанавливать состав молекул газообразных соединений и определять их относительную массу. Попробуем проследить логику таких рассуждений. Эксперимент показывает, что объемы водорода, кислорода и образующихся из этих газов паров воды относятся как 2:1:2. Выводы из этого факта можно сделать разные. Первый: молекулы водорода и кислорода состоят из двух атомов (Н₂ и О₂), а молекула воды – из трех, и тогда верно уравнение 2Н₂ + О₂ ® 2Н₂О. Но возможен и такой вывод: молекулы водорода одноатомны, а молекулы кислорода и воды двухатомны, и тогда верно уравнение 2Н + О₂ ® 2НО с тем же соотношением объе мов 2:1:2. В первом случае из соотношения масс водорода и кислорода в воде (1:8) следовало, что относительная атомная масса кислорода равна 16, а во втором – что она равна 8. Кстати, даже через 50 лет после работ Гей-Люссака некоторые ученые продолжали настаивать на том, что формула воды именно НО, а не Н₂О. Другие же считали, что правильна формула Н₂О₂. Соответственно в ряде таблиц атомную массу кислорода принимали равной 8.

Однако был простой способ выбрать из двух предположений одно верное. Для этого надо было лишь проанализировать результаты и других аналогичных экспериментов. Так, из них следовало, что равные объемы водорода и хлора дают удвоенный объем хлороводорода. Этот факт сразу отвергал возможность одноатомности водорода: реакции типа H + Cl → HCl, H + Cl₂ → HCl₂ и им подобные не дают удвоенного объема HCl. Следовательно, молекулы водорода (а также хлора) состоят из двух атомов. Но если молекулы водорода двухатомны, то двухатомны и молекулы кислорода, а в молекулах воды три атома, и ее формула – Н₂О. Удивительно, что такие простые доводы в течение десятилетий не могли убедить некоторых химиков в справедливости теории Авогадро, которая в течение нескольких десятилетий оставалась практически незамеченной.

Отчасти это объясняется отсутствием в те времена простой и ясной записи формул и уравнений химических реакций. Но главное – противником теории Авогадро был знаменитый шведский химик Йенс Якоб Берцелиус, имевший непререкаемый авторитет среди химиков всего мира. Согласно его теории, все атомы имеют электрические заряды, а молекулы образованы атомами с противоположными зарядами, которые притягиваются друг к другу. Считалось, что атомы кислорода имеют сильный отрицательный заряд, а атомы водорода – положительный. С точки зрения этой теории невозможно было представить молекулу кислорода, состоящую из двух одинаково заряженных атомов! Но если молекулы кислорода одноатомны, то в реакции кислорода с азотом: N + O → NO соотношение объемов должно быть 1:1:1. А это противоречило эксперименту: 1 л азота и 1 л кислорода давали 2 л NO. На этом основании Берцелиус и большинство других химиков отвергли гипотезу Авогадро как не соответствующую экспериментальным данным!

В настоящее время моль определяется иначе: это количество вещества, содержащего столько же структурных элементов (это могут быть атомы, молекулы, ионы или другие частицы), сколько их содержится в 0,012 кг углерода-12. (О причинах выбора в качестве стандарта именно углерода (см. ОТНОСИТЕЛЬНАЯ АТОМНАЯ МАССА, УГЛЕРОДНАЯ ЕДИНИЦА). В 1971 решением 14-й Генеральной конференции по мерам и весам моль был введен в Международную систему единиц (СИ) в качестве 7-й основной единицы.

Постоянную Авогадро определяли многими методами. Например, из голубого цвета неба следует, что солнечный свет рассеивается в воздухе. Как показал Рэлей, интенсивность рассеяния света зависит от числа молекул воздуха в единице объема. Измерив соотношение интенсивностей прямого солнечного света и рассеянного голубым небом, можно определить постоянную Авогадро. Впервые подобные измерения были проведены итальянским математиком и видным политическим деятелем Квинтино Селлой (1827–1884) на вершине горы Монте-Роза (4634 м), на юге Швейцарии. Расчеты, сделанные на основании этих и аналогичных им измерений, показали, что 1 моль содержит примерно 6·10 23 частиц.

Более точное значение можно было получить на основании опытов английского физика Эрнста Резерфорда. В 1908 он и немецкий физик Ганс Гейгер определили, что 1 грамм радия испускает за 1 секунду более 34 миллиардов a -частиц – ядер атомов гелия. Захватывая электроны, a -частицы превращаются в обычные атомы гелия, которые постепенно накапливаются в виде газа. В 1911 Резерфорд, работая с молодым стажером из Америки Бертрамом Болтвудом, определил, что из 0,192 г радия за 83 дня образуется 6,58 мм 3 гелия, а за 132 дня – 10,38 мм 3 . Отсюда легко рассчитать число молей выделившегося гелия, а зная скорость испускания a -частиц радием, можно определить и число атомов гелия в одном моле этого газа. Это – прямой способ определения постоянной Авогадро, он дает 6,1·10 23 . Современное значение этой постоянной N_А= 6,0221367·10 23 .

Постоянная Авогадро настолько велика, что с трудом поддается воображению. Например, если футбольный мяч увеличить в N_А раз по объему, то в нем поместится земной шар. Если же в N_А раз увеличить диаметр мяча, то в нем поместится самая большая галактика, содержащая сотни миллиардов звезд! Если вылить стакан воды в море и подождать, пока эта вода равномерно распределится по всем морям и океанам, до самого их дна, то, зачерпнув в любом месте Земного шара стакан воды, в него обязательно попадет несколько десятков молекул воды, которые были когда-то в стакане. Если же взять моль долларовых бумажек, они покроют все материки 2-километровым плотным слоем…

Д. Дальтон не видел различия между химическим элементом и простым веществом. Поэтому его теория столкнулась вскоре с серьезным затруднением.

31 декабря 1808 г. французский исследователь Жозеф Луи Гей Люссак сообщил об открытии закона простых объемных отношений, гласившего, что :

объемы газов, вступивших в химическую реакцию, и объемы получившихся в результате этой реакции газообразных веществ относятся между собой как небольшие целые числа.

Логично было предположить, что за простотой отношений между объемами скрывается какое-то общее для всех газов свойство. Однако ни Д. Дальтон, ни Я. Берцелиус, которые считались в то время наиболее авторитетными химиками, не смогли объяснить новый закон на основе атомистических представлений и не сделали из него правильных выводов. Более того, Д. Дальтон в те чение длительного времени вообще игнорировал существование закона простых объемных отношений.

Закон Авогадро

Выход из создавшегося положения был найден итальянским физиком Амедео Авогадро, который в 1811 г. показал, что закон простых объемных отношений и теория Дальтона прекрасно дополняют друг друга, если принять следующие два положения:

Атомы одного и того же элемента могут соединяться в молекулы.
В равных объемах любых газов содержится равное число молекул (гипотеза Авогадро).

Проанализировав экспериментальные работы Ж. Гей Люссак, Д. Дальтон, Я. Берцелиус и некоторых других ученых, А. Авогадро установил двухатомность молекул простых газов (О₂, Н₂, N₂, Сl₂) и правильный состав молекул воды Н₂O, метана СН₄, этилена С₂Н₄ и кремнезема SiO₂. Однако из-за большой путаницы в терминологии гипотеза Авогадро не была понята его современниками.

Пользоваться гипотезой Авогадро для определения молекулярных масс простых и сложных веществ химики начали примерно с середины пятидесятых годов прошлого века в связи с бурным развитием органической химии. К этому времени было уже известно, что пары фосфора и серы образованы многоатомными молекулами (Р₄, S₆) и что аномальная плотность пара некоторых сложных веществ, например хлорида аммония, серной кислоты и пентахлорида фосфора, обусловлена их термической диссоциацией:

Французский учёный Жозеф Луи Гей-Люссак (1778—1850) прославился и как физик, и как химик. Его имя носят газовые законы, которые сыграли большую роль в разработке атомно-молекулярного учения. В 1802 г. Гей-Люссак установил, что объём газа при постоянном давлении увеличивается пропорционально температуре.

Несколько позже он сформулировал ещё один закон: давление газа в замкнутом объёме также пропорционально температуре.

В 1808 г. Гей-Люссак (совместно с немецким естествоиспытателем Александром Гумбольдтом) сформулировал важнейший для развития химии закон объёмных отношений. Согласно ему, реагирующие газы соединяются таким образом, что соотношение между их объёмами, а также объёмом газообразного продукта реакции выражается простыми целыми числами (при условии, что температура и давление остаются постоянными). Например, 2 объёма водорода соединяются с 1 объёмом кислорода, давая 2 объёма водяного пара; 1 объём хлора реагирует с 1 объёмом водорода, что даёт 2 объёма нового газа — хлороводорода; 3 объёма водорода и 1 объём азота образуют 2 объёма аммиака, и т. д. Сейчас мы записали бы стехиометрические уравнения реакций просто и лаконично: 2Н₂+О₂=2Н₂О; С l ₂ +Н₂=2НС l ; ЗН₂+ N₂=2NH₃. Но в те времена ещё не было чёткого разграничения понятий атома и молекулы, не существовало и современных обозначений химических элементов, формул их соединений.

Проблему удалось решить итальянскому химику Амедео Авогадро (1776—1856). Кстати, его полное имя звучит так: Лоренцо Романо Амедео Карло Авогадро ди Кваренья э ди Черрето. Тщательно проанализировав результаты экспериментов Гей-Люссака и других учёных, он высказал гениальную по простоте и глубине идею. «Необходимо принять, — писал

Тремя годами позже Авогадро изложил свою теорию ещё более чётко и сформулировал её в виде закона, который носит его имя:

Равные объёмы газообразных веществ при одинаковом давлении и температуре содержат одно и то же число молекул, так что плотность различных газов служит мерой массы их молекул.

Это добавление было очень важным: оно означало, что, измеряя плотность разных газов, можно определять относительные массы молекул, из которых они состоят. Например, если в 1 л водорода содержится столько же молекул, сколько и в 1 л кислорода, то отношение плотностей этих газов равно отношению масс молекул водорода и кислорода. В 1814 г. к тем же выводам пришёл известный французский физик Анд-ре Мари Ампер (1775—1836). Однако считать Ампера соавтором закона Авогадро, как это делали многие химики, вряд ли справедливо.

Во времена Авогадро его гипотезу нельзя было обосновать теоретически. Такая возможность появилась позднее, с развитием молекулярно-кинетической теории газов. Энергия удара молекул о стенки сосуда не зависит от массы молекул, а зависит только от температуры. Это происходит потому, что лёгкие молекулы движутся быстро, тяжёлые — медленно, а кинетическая энергия у них (при данной температуре) одинаковая.

Следовательно, равное число молекул в данном объёме оказывает одинаковое давление, и наоборот: равное давление двух газов свидетельствует об одинаковом числе молекул в них.

Закон Авогадро давал химикам возможность экспериментально устанавливать состав молекул газообразных соединений. Так, из найденного опытным путём соотношения объёмов водорода, кислорода и паров воды (2:1:2) логически можно сделать два вывода. Первый: молекулы исходных газов состоят из двух атомов, а молекула воды — из трёх, и тогда верно уравнение 2Н₂+О₂=2Н₂О. Второй: молекулы водорода одноатомны, а кислорода и воды — двухатомны, и тогда верно уравнение 2Н+О₂=2НО с тем же соотношением объёмов. (Кстати, даже через 50 лет после работ Гей-Люссака некоторые учёные продолжали настаивать на том, что формула воды именно НО, а не Н₂О.)

Разрешить дилемму удаётся лишь на основании других опытов. Из них следует, например, что равные объёмы водорода и хлора образуют удвоенный объём хлороводорода. Этот факт сразу отвергает предположение об одноатомности водорода: реакция Н+ Cl =НС l не даёт удвоенного объёма НС l . Следовательно, молекулы водорода (а также хлора и кислорода) двухатомны, и верно уравнение 2Н₂+О₂=2Н₂О.

Удивительно, что такие простые доводы не могли убедить некоторых химиков в справедливости (и глубине) закона Авогадро. И, к сожалению, его теория несколько десятилетий оставалась практически незамеченной.

Амедео Авогадро.

Давление газа обусловлено ударами молекул о стенки сосуда.

Основной причиной неприятия простой и стройной теории Авогадро была господствовавшая в те времена так называемая дуалистическая теория строения химических соединений, созданная Берцелиусом. Согласно ей, все атомы имеют электрические заряды, а молекулы образованы атомами с противоположными зарядами, которые притягиваются друг к другу. Считалось, в частности, что атомы кислорода обладают сильным отрицательным зарядом, а атомы водорода — положительным. С точки зрения этой теории невозможно было представить себе, например, молекулу кислорода О₂. Поэтому Берцелиус, имевший непререкаемый авторитет среди химиков, отверг гипотезу Авогадро. С ним согласились и другие учёные.

ХИМИКИ БЕРУТ ЗАКОН АВОГАДРО НА ВООРУЖЕНИЕ

Возродил гипотезу Авогадро и убедил коллег в её справедливости в конце 50-х гг. XIX в. молодой итальянский химик Станислао Канниццаро (1826— 1910). Вслед за своим учителем Рафаэле Пириа (1814—1865) он принял для молекул газообразных элементов правильные (удвоенные) формулы: Н₂,

После того как гипотеза Авогадро и атомно-молекулярное учение стали общепризнанными, химики получили теоретическое обоснование законов стехиометрии Рихтера и, зная относительные молекулярные массы различных соединений, могли рассчитывать, в каких соотношениях эти соединения будут реагировать.

содержаться одинаковое число молекул. То есть измеряя массу веществ в граммах, химики как бы оперировали молекулами.

Ещё во времена Канниццаро для учёных было очевидно: поскольку атомы и молекулы неописуемо малы, постоянная Авогадро должна быть очень велика. Оперируя мольными количествами веществ, исследователи фактически использовали в неявном виде постоянную Авогадро, однако конкретное её значение никто даже представить не мог. Химиков данная проблема особенно не волновала: ведь и не зная, чему равна эта величина, они прекрасно справлялись со стехиометрическими расчётами.

Вильгельм Оствальд.

ЗА ПОСТОЯННУЮ АВОГАДРО БЕРУТСЯ ФИЗИКИ

Постепенно физики научились определять размеры молекул и значение N_A — сначала очень грубо, приблизительно, затем всё точнее. Прежде всего им было понятно, что обе величины связаны друг с другом: чем меньше окажутся атомы и молекулы, тем больше число Авогадро. Впервые размеры атомов оценил австрийский физик Йозеф Лошмидт (1821 — 1895). В 1865 г. он опубликовал работу, где, исходя из молекулярно-кинетической теории газов и экспериментальных данных об увеличении объёма жидкостей при их испарении, рассчитал диаметр молекулы азота. У него получилось 0,969 нм (нанометр — миллиардная часть метра, т.е. 1 нм=10 -9 м). Это примерно втрое больше современного значения, но для того времени было хорошим результатом. Во второй статье за подписью Лошмидта, напечатанной в том же году, даётся и число молекул в 1 см 3 газа, которое стали называть постоянной Лошмидта (N_L). Из неё легко получить значение N_A, умножив на мольный объём идеального газа. После Лошмидта значения N_L (а также N _A ) определяли многие учёные. В XIX в. все эти определения были косвенными. В 1890 г. английский физик Джон Уильям Рэлей (1842— 1919) и независимо от него немецкий физик Вильгельм Конрад Рентген (1845—1923) провели такой эксперимент: они капали на воду оливковое масло и определяли размер масляного пятна на её поверхности. Зная объём масла V и площадь пятна S , легко рассчитать его толщину d=V/S. Толщина масляной плёнки получилась очень маленькой, всего 0,6— 1 нм, и физики решили, что именно такие размеры имеют молекулы масла. В принципе из этого значения можно получить постоянную Авогадро (хотя Рэлей и Рентген этого не сделали). Оливковое масло — сложная смесь, основной её частью является олеиновая кислота. Моль этой кислоты (182 г) занимает объём 205 см 3 . Если условно считать молекулы олеиновой кислоты кубиками с ребром 0,8 нм=0,8•10 -7 см и, следовательно, объёмом 0,512•10 -21 см 3 , то в объёме 205 см 3 таких кубиков поместится 205/(0,512•10 -21 )=4•10 23 . Это отличается от современного значения постоянной Авогадро всего в 1,5 раза.

Захватывая электроны, a -частицы превращаются в обычные атомы гелия, которые постепенно накапливаются в виде газа. Исходя из объёма гелия, выделенного радием за определённый срок, можно рассчитать число молей гелия, а зная скорость испускания a -частиц радием, найти и число атомов гелия в одном моле газа. Этот прямой способ подсчёта числа молекул в моле газа дал результат 6,1•10 23 .

Более точно постоянную Авогадро можно определить, измеряя рентгенографическим методом межатомные расстояния в кристалле. Современное значение этой постоянной N_A= 6,0221367•10 23 .

Авторы: Андрей Дроздов, Илья Леенсон, Дмитрий Трифонов, Денис Жилин, Александр Серов, Андрей Бреев, Андрей Шевельков, Вадим Ерёмин, Юлия Яковлева, Оксана Рыжова, Виктория Предеина, Наталья Морозова, Алексей Галин, Сергей Каргов, Сергей Бердоносов, Александр Сигеев, Оксана Помаз, Григорий Середа, Владимир Тюрин, Антон Максимов, Вячеслав Загорский, Леонид Каневский, Александр Скундин, Борис Сумм, Игнат Шилов, Екатерина Менделеева, Валерий Лунин, Абрам Блох, Пётр Зоркий, Александр Кури, Екатерина Иванова, Дмитрий Чаркин, Сергей Вацадзе, Григорий Серела, Анастасия Ростоцкая, Александр Серое, Анастасия Сигеева

В 1811 году, когда атомная теория только развивалась, итальянский ученый А. Авогадро представил идею, что в равнозначных объемах безупречных газов при тождественных условиях заключается равное число молекул. В последующем выяснилось, что это суждение является необходимым следствием кинетического движения. В настоящее время гипотеза известна науке как закон Авогадро.

История открытия

Член французской научной Академии физик Гей-Люссак вместе с немецким ученым А. Гумбольдтом изложил закономерность порционных взаимодействий, которая выражает отношение между микрообъемами газов в виде простого числа. Например, 2 + 1 части водорода дают в смеси 2 части водяного пара, а 1 ед. хлора при соединении с 1 ед. водорода образует 2 объема хлорного водорода. Такая закономерность в то время давала мало пользы, так как не было общего понятия о молекулах, атомах, корпускулах и других частицах газов.

Авогадро проанализировал множество опытов и выяснил, что закон отношений объемов помогает понять устройство любых молекул. Первое суждение состояло в том, что количество частиц любого эфира всегда одно и то же в одинаковом объеме, а сами молекулы состоят из более мелких атомов. Затем ученый конкретизировал предположение и сформулировал его в форме теории с его именем.

Полученные знания означали, что при измерении плотности газа можно вычислить относительный вес молекул. Отсюда вытекает формулировка закона Авогадро. Если в одинаковом объеме водорода и кислорода присутствует равная численность молекул, то отношение физических величин этих газов тождественно отношению масс составляющих частиц. Ученый отмечал, что молекула необязательно состоит из одного атома, а может иметь в конструкции несколько простейших элементов.

В то время гипотезу трудно было подтвердить в теории, но предположение давало возможность практически определять состав молекул и высчитывать их относительный вес. Для этого делался анализ на основе нескольких похожих экспериментов. Например, тождественные части хлора и водорода дают удвоенный объем хлористого водорода, значит, молекула водорода не может быть одноатомной. Если составные частицы водорода содержат два атома, то и молекулы кислорода насчитывают 2 элемента.

Путаница возникала из-за того, что в те времена не были разработаны простые формулы химических реакций. Теорию Авогадро отвергал знаменитый шведский ученый-химик Я. Берцелиус предположением, что во всех атомах присутствует электрический потенциал, а молекулы, в зависимости от направления заряда, притягиваются или отталкиваются.

Возрождение гипотезы

Подтвердил закон Авогадро молодой химик из Италии С. Канниццаро только после 1850 года. Он строил теорию газообразных частиц на основе правильных удвоенных обозначений (O2, H2), при этом теория Авогадро совпадала с результатами опытов. Он отмечал, что закон Авогадро является самым логическим исходом для объяснения идей атомного и молекулярного строения.

Вначале практические результаты не согласовались с теорией Авогадро и Ампера, знания на некоторое время были забыты. Но дальнейшие химические эксперименты и логические выводы привели ученых к аналогичной теории, причем этому способствовала спонтанная научная эволюция. Доказательство теории Авогадро было получено после неосознанного кружения ученых вокруг цели и медленного к ней продвижения.

Постоянное число находилось разными способами. Голубой цвет неба зависит от того, что лучи света рассеиваются в воздухе. Интенсивность распыления зависит от количества элементарных структурных частиц воздуха, заключенного в единице объема. Для определения константы использовалось отношение яркости прямых лучей и тех, что рассеяны в воздухе.

Впервые такие исследования провел итальянский математик Квинтино Селлой на гребне горы Монте-Роза в южной части Швейцарии. Расчеты подтвердили общее положение, что в моле любой материи содержится около 6 . 10 23 элементарных частиц.

Второй метод показал французский деятель науки Жан Батист Перрен. Ученый под микроскопом считал количество взвешенных в жидкости (воде) мельчайших в диаметре приблизительно 1 мм горошин гуммигута. Это вещество, похожее на каучук, выделяется из нектара определенных деревьев в тропиках. Ученый полагал, что к этим элементам применяются аналогичные законы, как для молекул газового класса.

Легко определялась общая молярная масса всех шариков, она рассчитывалась умножением веса одного элемента на количество гранул. Массу горошины можно было измерить, в отличие от настоявшей молекулы вещества. Значение константы у Перрена получилось аналогичное предыдущему варианту и составляло 6,8 . 10 23 .

Закон и следствие

После принятия ученым миром теории Авогадро экспериментаторы получили реальную возможность не только верно определять структуру частиц, но и высчитывать молекулярную и атомную массу. Важным являлся сам закон Авогадро и следствия из него. Знания давали возможность спроектировать соотношение активных компонентов при химическом взаимодействии. После взвешивания вещества в граммах ученые могли оперировать с составными частицами.

Количество материала, равное показателю молекулярной массы и определенное в граммах, называется молем или грамм-молекулой. Определение моля ввел немецкий физик В. Освальд в начале XX века, он взял за основу корень слова и дополнил уменьшительным суффиксом.

Объем одного моля материала составляет 22,4 л в газообразном виде при обычных условиях:

давлении 1,013 . 10 5 Па;
температуре 0ºС.

Количество частиц в одном моле называется константой Авогадро и отмечается Na. Это определение грамм-молекулы существовало в науке почти столетие.

Первый вывод

Первым следствием закона является то обстоятельство, что один моль или их тождественное число различного газа в одинаковых обстоятельствах занимает тождественный объем. Одна грамм-молекула различных газов насчитывает равное число составных элементов. Отсюда выходит, что при заданной температуре и силе давления 1 грамм-молекула любого материала в газообразном виде занимает тождественный объем.

Не только для идеальных условий используется закон Авогадро. Формула Клапейрона-Менделеева применяется, чтобы определить значение для другой температуры и давления pV = nRT, где:

n — количество молей газообразного вещества.
R — газовая постоянная, равна 8,31431 Дж/моль.
V — объем вещества.
P — давление.
T — температура.

Например, в нормальных обстоятельствах объем 1 моля газообразного вещества всегда равняется 22,413962 (13) л. Эта физическая постоянная величина называется стереотипным молярным объемом безупречного газа и обозначается Vm.

Второй эффект

Следующий вывод из теории Авогадро свидетельствует о том, что молярный вес первого вещества равняется произведению молярного веса второго газа на показатель относительной плотности начальной материи ко второй. Это положение позволяло развиваться химической науке в новом направлении и найти молекулярную массу материи, которая может преобразовываться в пар или газ.

Выражение m/p всегда является постоянным для всех материй, где:

m — молекулярный вес вещества;
p — относительная плотность материи в состоянии газа или пара.

На практике было доказано обстоятельство, что для всех известных материалов, которые переходят в состояние пара или газа, эта константа равняется 28,9 а. е. м., при этом определяющим условием постоянства является плотность воздуха. Если при научных экспериментах за единицу плотности берется показатель водорода, то константа равняется 2 а. е. м.

Ученый Авогадро не оценивал количество элементарных частиц в определенном объеме, но осознавал, что показатель относится к огромным размерам. Первый раз пытался определить число структурных элементов в заданной порции газа в 1865 году австрийский химик и физик Иоганн Йозеф Лошмидт. Он рассчитал, что в выбранном объеме воздуха содержится 1,81 . 10 18 см -3 . Этот показатель был снижен относительно правдивого показателя в 15 раз.

Через несколько лет химик повторно провел расчеты уже с применением другого круга сведений и получил 1,9 . 10 19 см -3 . С тех пор появилось множество методов для определения количества молекул и наблюдалась тенденция выравнивания полученных результатов, что являлось доказательством существования реальной цифры.

Число Авогадро

Стандартная константа Авогадро составляет физическую величину, которая показывает количество структурных частиц исследуемого материала в объеме вещества, являющегося эквивалентом 1 молю. Если посмотреть показатель в Международной системе единиц, то можно понять, что такое число Авогадро в химии.

Число всегда равняется в СИ, в соответствии с изменением формулировки главных единиц, 6,022 140 76 . 10 23 моль -1 . Некоторые справочники приводят разницу между константой Авогадро, обозначающемуся моль -1, с равным ему в численном показателе числом Авогадро А . Молем называется объем материи, содержащий Na конструкционных элементов, а именно столько же, как и в 12 г C по старой модели.

Вес 1 моля материи, определенный в граммах, равняется количественно молекулярному весу, который выражается в единице атомной массы:

моль натрия обладает массой 22,989 г, имеет в составе 6,02 . 10 23 атомных частиц;
моль фторидных кристаллов кальция имеет вес 78,072 (40,08 + 2 . 18,996), в строении содержит 6,02 . 10 23 ионов;
моль углерода тетрахлорида весит 153,822 (12,02 + 4 . 35,4505), содержит в структуре 6,02 . 10 23 молекул вещества.

В декабре 2011 года на Генеральном мировом совещании по массам и мерам принято решение установить моль в предполагаемом варианте СИ так, чтобы устранить его привязку к показателю килограмма. В этом случае задача по определению моля будет решаться через константу Авогадро. Последнему будет дан точный показатель без всяких погрешностей, который основывается на результатах нахождений, рекомендуемых CODATA (Комитет по сведениям для техники и науки — русское наименование).

До сегодняшнего дня коэффициент Авогадро составляет определяемую величину и принимается по последнему расчету 2015 г. Рекомендованный показатель получен в виде Na = 6,02214082 (11) . 10 23 моль -1 . Результат был найден в результате расчета среднего значения от нескольких измерений.

Современная трактовка

Константа Авогадро относится к таким большим показателям, что трудно поддается восприятию человеком. Например, если объем волейбольного мяча сделать больше в Na раз, то в нем сможет разместиться наша планета. Если же в Na раз увеличить диаметр этого же мяча, то в него можно уложить галактику с несколькими миллиардами космических объектов.

Другим примером размера коэффициента является показательный пример с выливанием стакана воды в мировой океан. Если это сделать, то взяв меру воды из любого водоема на планете, можно обязательно встретить в сосуде пару десятков молекул, которые находились ранее в стакане.

Современное значение константы было получено в 2010 году при работе с двумя шарами из кремния-28. Для эксперимента сферы изготавливались в немецком Институте кристаллографии и прошли полировку в высокооптическом центре в Австралии. Обработка была настолько точной, что шипы на поверхности были не выше 98 нм.

Для производства брался высокообогащенный тетрофторид кремния, полученный в университете химии высокоочищенных материалов Нижнего Новгорода. Численность элементов кремния в сфере была определена с большой точностью, так как объект исследования представлял практически идеальный вариант. По результатам эксперимента коэффициент Авогадро равнялся 6,02214083 (18) . 10 23 моль -1 .

Через год после прошедшего испытания был проведен другой эксперимент, и значение было изменено на 6,022144 078 (18) . 10 23 моль -1 . Поэтому ученые всего мира договорились об определении моля так, чтобы константа была точной на основе среднего результата измерений.

Читайте также: