- التاريخ
- إلهام أميديو أفوجادرو
- الفرضية الجزيئية
- بعد خمسين عاما
- ولادة المصطلح
- ما تتكون منه والوحدات
- ذرة جرام وجزيء جرام
- الكتل المولية والشامة
- كيف يتم حساب رقم Avogadro
- طرق قياس أكثر دقة
- التطبيقات
- تمارين محلولة
- التمرين 1
- تمرين 2
- المراجع
و عدد أفوجادرو واحد هو أن يشير إلى مدى تضم العديد من الجسيمات مول واحد من المسألة. عادة ما يتم تحديدها بالرمز N A أو L ، ولها حجم غير عادي: 6.02 · 10 23 ، مكتوبة بالتدوين العلمي ؛ إذا لم يتم استخدامه ، يجب كتابته بالكامل: 602000000000000000000000.
لتجنب وتسهيل استخدامه ، من الملائم الرجوع إلى رقم Avogadro الذي يطلق عليه mole ؛ هذا هو الاسم الذي يطلق على الوحدة المقابلة لمثل هذه الكمية من الجسيمات (الذرات ، والبروتونات ، والنيوترونات ، والإلكترونات ، وما إلى ذلك). وهكذا ، إذا كانت العشرات تقابل 12 وحدة ، فإن المول يشمل وحدات N A ، مما يبسط الحسابات المتكافئة.
رقم أفوجادرو مكتوب بالتدوين العلمي. المصدر: PRHaney
رياضياً ، قد لا يكون رقم أفوجادرو هو الأكبر على الإطلاق. ولكن خارج نطاق العلم ، فإن استخدامه للإشارة إلى كمية أي شيء يتجاوز حدود الخيال البشري.
على سبيل المثال ، قد يتضمن مول من أقلام الرصاص تصنيع 6.02 × 10 23 وحدة ، مما يترك الأرض بدون رئتي النبات في هذه العملية. مثل هذا المثال الافتراضي ، هناك العديد من الأمثلة الأخرى كثيرة ، مما يسمح بإلقاء نظرة على روعة هذا الرقم وقابليته للتطبيق على الكميات الفلكية.
إذا كانت N A والشامة تشير إلى كميات باهظة من أي شيء ، فما مدى فائدة العلم؟ كما قيل في البداية: إنها تسمح لك "بإحصاء" الجسيمات الصغيرة جدًا ، والتي يكون عددها ضخمًا بشكل لا يصدق حتى في كميات ضئيلة من المادة.
تحتوي أصغر قطرة من السائل على مليارات الجسيمات ، بالإضافة إلى أكثر كمية سخيفة من مادة صلبة معينة يمكن وزنها على أي ميزان.
لا تستخدم العلمي، الخلد يأتي في الدعم، مشيرا إلى كم، أكثر أو أقل، بل هو عبارة عن مادة أو مركب إلى N A. على سبيل المثال ، 1 جرام من الفضة يقابل حوالي 9 · 10 -3 مول ؛ بعبارة أخرى ، ما يقرب من مائة من N A (5.6 · 10 21 ذرات Ag ، تقريبًا) "تسكن" ذلك الجرام.
التاريخ
إلهام أميديو أفوجادرو
يعتقد بعض الناس أن رقم أفوجادرو كان ثابتًا يحدده لورنزو رومانو أميديو كارلو أفوجادرو من كواريجنا وسيريتو ، المعروف باسم أميديو أفوجادرو ؛ ومع ذلك، كان هذا العالم، محام، المكرسة لدراسة خصائص الغازات، ومستوحاة من أعمال دالتون وغاي لوساك ليس الذي قدم N A.
من دالتون ، تعلم أماديو أفوجادرو أن كتل الغازات تتحد وتتفاعل بنسب ثابتة. على سبيل المثال ، تتفاعل كتلة الهيدروجين تمامًا مع كتلة أكبر بثماني أضعاف من الأكسجين ؛ عندما لم يتم استيفاء هذه النسبة ، ظل أحد الغازين زائداً.
من ناحية أخرى ، تعلم من Gay-Lussac أن أحجام الغازات تتفاعل في علاقة ثابتة. وبالتالي ، يتفاعل حجمان من الهيدروجين مع أحد الأكسجين لإنتاج مجلدين من الماء (على شكل بخار ، نظرًا لارتفاع درجات الحرارة المتولدة).
الفرضية الجزيئية
في عام 1811 ، قام أفوجادرو بتكثيف أفكاره لصياغة فرضيته الجزيئية ، والتي أوضح فيها أن المسافة التي تفصل بين الجزيئات الغازية ثابتة طالما أن الضغط ودرجة الحرارة لا يتغيران. هذه المسافة ، إذن ، تحدد الحجم الذي يمكن أن يشغله الغاز في حاوية ذات حواجز قابلة للتمدد (بالون ، على سبيل المثال).
وبالتالي ، بالنظر إلى كتلة الغاز A و m A وكتلة الغاز B و m B و m A و m B سيكون لها نفس الحجم في ظل الظروف العادية (T = 0ºC و P = 1 atm) إذا كان كلا الغازين المثاليين لهما نفس العدد من الجزيئات كانت هذه فرضية أفوجادرو ، قانون هذه الأيام.
استنتج أيضًا من ملاحظاته أن العلاقة بين كثافات الغازات ، مرة أخرى A و B ، هي نفس العلاقة بين كتلتها الجزيئية النسبية (ρ A / ρ B = M A / M B).
كان نجاحه الأكبر هو تقديم مصطلح "جزيء" كما هو معروف اليوم. عالج أفوجادرو الهيدروجين والأكسجين والماء كجزيئات وليس كذرات.
بعد خمسين عاما
قوبلت فكرة جزيئاتها ثنائية الذرة بمقاومة قوية بين الكيميائيين في القرن التاسع عشر. على الرغم من أن أماديو أفوجادرو كان يدرس الفيزياء في جامعة تورين ، إلا أن عمله لم يحظ بقبول جيد جدًا ، وفي ظل التجارب والملاحظات التي أجراها كيميائيون مشهورون ، فإن فرضيته ظلت مدفونة لمدة خمسين عامًا.
حتى مساهمة العالم المعروف أندريه أمبير ، الذي أيد فرضية أفوجادرو ، لم تكن كافية للكيميائيين للنظر فيها بجدية.
لم ينقذ الكيميائي الإيطالي الشاب ستانيسلاو كانيزارو عمل أفوجادرو حتى مؤتمر كارلسروه بألمانيا في عام 1860 ، وذلك استجابة للفوضى بسبب عدم وجود كتل ذرية موثوقة وصلبة ومعادلات كيميائية.
ولادة المصطلح
ما يُعرف بـ "رقم أفوجادرو" قدمه الفيزيائي الفرنسي جان بابتيست بيرين ، بعد حوالي مائة عام. لقد حدد تقريبًا لـ N A من خلال طرق مختلفة من عمله على الحركة البراونية.
ما تتكون منه والوحدات
ذرة جرام وجزيء جرام
رقم أفوجادرو والمول مرتبطان ؛ ومع ذلك ، كان الثاني موجودًا قبل الأول.
مع معرفة الكتل النسبية للذرات ، تم إدخال وحدة الكتلة الذرية (amu) باعتبارها واحدًا على 12 من ذرة نظير الكربون 12 ؛ تقريبًا كتلة البروتون أو النيوترون. وبهذه الطريقة عُرف أن الكربون أثقل اثني عشر مرة من الهيدروجين. وهذا يعني أن 12 درجة مئوية تزن 12 درجة ، و 1 ساعة تزن 1 ش.
ومع ذلك ، ما مقدار الكتلة التي تساويها وحدة amu؟ أيضا ، كيف يمكن قياس كتلة هذه الجسيمات الصغيرة؟ ثم جاءت فكرة ذرة الجرام وجزيء الجرام ، والتي تم استبدالها لاحقًا بالمول. هذه الوحدات متصلة بشكل ملائم بالجرام مع amu على النحو التالي:
12 جم 12 ج = N أماه
عدد 12 ذرة C N مضروبة في كتلتها الذرية تعطي قيمة مطابقة عدديًا للكتلة الذرية النسبية (12 amu). لذلك ، 12 جم من 12 ج يساوي جرامًا واحدًا من الذرة ؛ 16 جم من 16 O إلى غرام واحد من ذرة الأكسجين ؛ 16 غرام من CH 4 ، واحدة جزيء غرام لغاز الميثان، وهلم جرا مع العناصر أو المركبات الأخرى.
الكتل المولية والشامة
تتكون ذرة الجرام وجزيء الجرام ، وليس الوحدات ، من الكتل المولية للذرات والجزيئات ، على التوالي.
وهكذا ، يصبح تعريف الخلد: الوحدة المخصصة لعدد الذرات الموجودة في 12 جم من الكربون النقي 12 (أو 0.012 كجم). وفي الوقت نفسه، أصبح يرمز N N A.
وهكذا ، يتكون رقم أفوجادرو رسميًا من عدد الذرات التي تشكل 12 جم من الكربون 12 ؛ ووحدته هي المول ومشتقاته (كمول ، مليمول ، رطل مول ، إلخ).
الكتل المولية هي كتل جزيئية (أو ذرية) يتم التعبير عنها كدالة للشامات.
على سبيل المثال ، الكتلة المولية لـ O 2 هي 32 جم / مول ؛ أي أن كتلة جزيء جزيء الأكسجين 32 جم ، وجزيء O 2 كتلته الجزيئية 32 ش. وبالمثل ، الكتلة المولية لـ H هي 1 جم / مول: كتلة واحدة من ذرات H لها كتلة 1 جم ، وذرة H واحدة لها كتلة ذرية 1 ش.
كيف يتم حساب رقم Avogadro
كم هو الخلد؟ ما قيمة N A بحيث يكون للكتلتين الذرية والجزيئية نفس القيمة العددية للكتلة المولية؟ لمعرفة ذلك ، يجب حل المعادلة التالية:
12 جم 12 ج = N A ma
لكن أماه هو 12 amu.
12 جم 12 ج = N A 12uma
إذا كنت تعرف قيمة amu (1،667 10 -24 g) ، فيمكنك حساب N A مباشرة:
N A = (12 جم / 2 · 10-23 جم)
= 5998 10 23 ذرة 12 درجة مئوية
هل هذا الرقم مطابق للرقم المعروض في بداية المقال؟ لا، في حين تلعب ضد الكسور العشرية، وهناك عدد كثير من حسابات أكثر دقة لتحديد N A.
طرق قياس أكثر دقة
إذا كان تعريف الخلد ، خاصة مول من الإلكترونات والشحنة الكهربائية التي تحملها (حوالي 96500 درجة مئوية / مول) معروفًا مسبقًا ، مع معرفة شحنة الإلكترون الفردي (1602 × 10 −19 درجة مئوية) ، فيمكننا احسب N A أيضًا بهذه الطريقة:
N A = (96500 درجة مئوية / 1.602 × 10 19 درجة مئوية)
= 6.0237203 10 23 إلكترونًا
هذه القيمة تبدو أفضل.
طريقة أخرى لحسابها تتكون من تقنيات التصوير البلوري بالأشعة السينية ، باستخدام كرة سيليكون فائقة النقاء 1 كجم. لهذا ، يتم استخدام الصيغة:
N A = n (V u / V م)
حيث n هو عدد الذرات الموجودة في خلية الوحدة لبلورة السيليكون (n = 8) ، و V u و V m هما حجوم الوحدة والخلية المولية ، على التوالي. معرفة متغيرات بلورة السيليكون ، يمكن حساب رقم أفوجادرو بهذه الطريقة.
التطبيقات
يسمح رقم Avogadro في جوهره بالتعبير عن الكميات الهائلة من الجسيمات الأولية بالجرام البسيط ، والتي يمكن قياسها على أرصدة تحليلية أو بدائية. ليس هذا فقط: إذا تم ضرب خاصية ذرية بـ N A ، فسيتم الحصول على مظهرها في المقاييس العيانية ، المرئية في العالم وبالعين المجردة.
لذلك ، ولأسباب وجيهة ، يُقال أن هذا الرقم يعمل كجسر بين المجهر والعياني. غالبًا ما توجد بشكل خاص في الكيمياء الفيزيائية ، عند محاولة ربط سلوك الجزيئات أو الأيونات بسلوك أطوارها الفيزيائية (سائل أو غاز أو صلب).
تمارين محلولة
تم توجيه الحسابات في القسم الثاني من أمثلة التمارين باستخدام N إلى. ثم ننتقل إلى حل اثنين آخرين.
التمرين 1
ما كتلة جزيء H 2 O؟
إذا كان من المعروف أن كتلته المولية هي 18 جم / مول ، فإن كتلة جزيء واحد من جزيئات H 2 O تساوي 18 جرامًا ؛ لكن السؤال يشير إلى الجزيء الفردي وحده. ثم لحساب كتلته ، يتم استخدام عوامل التحويل:
(18G / مول H 2 O) · (مول H 2 O / 6.02 · 10 23 جزيئات H 2 O) = 2.99 * 10 -23 غ / H جزيء 2 O
أي أن جزيء H 2 O كتلته 2.99 · 10 -23 جم.
تمرين 2
كم عدد ذرات معدن الديسبروسيوم (Dy) التي تحتوي على قطعة منه كتلتها 26 جم؟
الكتلة الذرية للديسبروسيوم هي 162.5 ش ، تساوي 162.5 جم / مول باستخدام رقم أفوجادرو. مرة أخرى ، ننتقل إلى عوامل التحويل:
(26 جم) · (مول مصبوغ / 162.5 جم) · (6.02 · 10 23 ذرة مصبوغة / مول مصبوغ) = 9.63 · 10 22 ذرة مصبوغة
هذه القيمة أصغر بـ 0.16 مرة من N A (9.63 · 10 22 / 6.02 · 10 23) ، وبالتالي ، تحتوي القطعة المذكورة على 0.16 مول من الديسبروسيوم (يمكن أيضًا حسابها باستخدام 26/162 ، 5).
المراجع
- ويكيبيديا. (2019). ثابت أفوجادرو. تم الاسترجاع من: en.wikipedia.org
- أتبيري جوناثان. (2019). ما هو رقم افوجادرو؟ HowStuffWorks. تم الاسترجاع من: science.howstuffworks.com
- رايان بينوا ومايكل تاي وتشارلي وانج وجاكوب جوميز. (02 مايو 2019). ثابت الخلد و Avogadro. الكيمياء LibreTexts. تم الاسترجاع من: chem.libretexts.org
- يوم الخلد. (سادس). التاريخ من عدد أفوجادرو: 6.02 مرات من 10 إلى 23 الثالثة. تم الاسترجاع من: moleday.org
- هيلمنستين ، آن ماري ، دكتوراه. (06 يناير 2019). التحديد التجريبي لعدد Avogadro. تم الاسترجاع من: thinkco.com
- توماس جيرمان. (سادس). رقم أفوجادرو. آي إي إس دومينغو ميرال. تم الاسترجاع من: iesdmjac.educa.aragon.es
- خواكين سان فروتوس فرنانديز. (سادس). عدد أفوجادرو ومفهوم المول. تم الاسترجاع من: encina.pntic.mec.es
- برناردو هيرادون. (3 سبتمبر 2010). مؤتمر كارلسروه: 150 عامًا. تم الاسترجاع من: madrimasd.org
- جورج م. بودنر. (16 فبراير 2004). كيف تم تحديد رقم Avogadro؟ Scientific American. تم الاسترجاع من: scientificamerican.com