ის გახდა ნამდვილი მიღწევა თეორიულ ქიმიაში და ხელი შეუწყო იმ ფაქტს, რომ ჰიპოთეტური ვარაუდები გადაიქცა დიდ აღმოჩენებად გაზის ქიმიის დარგში. ქიმიკოსთა ვარაუდებმა დამაჯერებელი მტკიცებულება მიიღო მათემატიკური ფორმულებისა და მარტივი თანაფარდობების სახით და ექსპერიმენტების შედეგები ახლა იძლევა შორსმიმავალი დასკვნების გაკეთების საშუალებას. გარდა ამისა, იტალიელმა მკვლევარმა გამოიტანა ქიმიური ელემენტის სტრუქტურული ნაწილაკების რაოდენობის რაოდენობრივი მახასიათებელი. ავოგადროს რიცხვი შემდგომში გახდა ერთ-ერთი ყველაზე მნიშვნელოვანი მუდმივი თანამედროვე ფიზიკასა და ქიმიაში.
მოცულობითი მიმართებების კანონი
გაზის რეაქციების აღმომჩენის პატივი ეკუთვნის გეი-ლუსაკს, ფრანგ მეცნიერს მე-18 საუკუნის ბოლოს. ამ მკვლევარმა მსოფლიოს მისცა ცნობილი კანონი, რომელიც ემორჩილება აირების გაფართოებასთან დაკავშირებულ ყველა რეაქციას. გეი-ლუსაკმა გაზომა აირების მოცულობა რეაქციამდე და მოცულობები, რომლებიც მიიღეს ქიმიური ურთიერთქმედების შედეგად. ექსპერიმენტის შედეგად მეცნიერმა გააკეთა დასკვნა, რომელიც ცნობილია როგორც მარტივი მოცულობითი შეფარდების კანონი. მისი არსი იმაში მდგომარეობს, რომ აირების მოცულობები ადრე და შემდეგ ერთმანეთთან არის დაკავშირებული, როგორც მთელი მცირე რიცხვები.
მაგალითად, აირისებრი ნივთიერებების ურთიერთქმედებისას, რომლებიც შეესაბამება, მაგალითად, ჟანგბადის ერთ მოცულობას და წყალბადის ორ მოცულობას, მიიღება ორთქლის წყალი და ა.შ.
გეი-ლუსაკის კანონი მოქმედებს, თუ მოცულობის ყველა გაზომვა ხდება იმავე წნევასა და ტემპერატურაზე. ეს კანონი ძალიან მნიშვნელოვანი აღმოჩნდა იტალიელი ფიზიკოსისთვის ავოგადროსთვის. მისი ხელმძღვანელობით მან გამოიტანა თავისი ვარაუდი, რომელსაც შორს მიმავალი შედეგები მოჰყვა აირების ქიმიასა და ფიზიკაში და გამოთვალა ავოგადროს რიცხვი.
იტალიელი მეცნიერი
ავოგადროს კანონი
1811 წელს ავოგადრომ გააცნობიერა, რომ თვითნებური გაზების თანაბარი მოცულობა მუდმივ ტემპერატურასა და წნევაზე შეიცავს მოლეკულების ერთსა და იმავე რაოდენობას.
ამ კანონმა, რომელიც მოგვიანებით იტალიელი მეცნიერის სახელს ატარებს, მეცნიერებაში შემოიტანა ცნება მატერიის უმცირესი ნაწილაკების - მოლეკულების შესახებ. ქიმია დაიყო ემპირიულ მეცნიერებად, რომელიც იყო და რაოდენობრივ მეცნიერებად, რომელიც გახდა. ავოგადრომ განსაკუთრებით ხაზგასმით აღნიშნა, რომ ატომები და მოლეკულები ერთნაირი არ არის და რომ ატომები ყველა მოლეკულის სამშენებლო ბლოკია.
იტალიელი მკვლევარის კანონმა შესაძლებელი გახადა დასკვნის გაკეთება სხვადასხვა აირების მოლეკულებში ატომების რაოდენობის შესახებ. მაგალითად, ავოგადროს კანონის გამოყვანის შემდეგ, მან დაადასტურა ვარაუდი, რომ აირების მოლეკულები, როგორიცაა ჟანგბადი, წყალბადი, ქლორი, აზოტი, შედგება ორი ატომისგან. ასევე შესაძლებელი გახდა სხვადასხვა ატომისგან შემდგარი ელემენტების ატომური მასების და მოლეკულური მასების დადგენა.
ატომური და მოლეკულური წონა
ელემენტის ატომური წონის გამოთვლისას წყალბადის მასა, როგორც ყველაზე მსუბუქი ქიმიური ნივთიერების, თავდაპირველად საზომ ერთეულად იქნა მიღებული. მაგრამ მრავალი ქიმიური ნივთიერების ატომური მასა გამოითვლება, როგორც მათი ჟანგბადის ნაერთების თანაფარდობა, ანუ ჟანგბადისა და წყალბადის თანაფარდობა აღებულია 16:1. ეს ფორმულა გარკვეულწილად მოუხერხებელი იყო გაზომვებისთვის, ამიტომ ნახშირბადის იზოტოპის, დედამიწაზე ყველაზე გავრცელებული ნივთიერების მასა, ატომური მასის სტანდარტად იქნა მიღებული.
ავოგადროს კანონის საფუძველზე ემყარება მოლეკულურ ეკვივალენტში სხვადასხვა აირისებრი ნივთიერების მასების განსაზღვრის პრინციპს. 1961 წელს მიღებულ იქნა შედარებითი ატომური სიდიდეების ერთიანი საცნობარო სისტემა, რომელიც დაფუძნებული იყო ჩვეულებრივი ერთეულის ტოლი ნახშირბადის 12 C იზოტოპის მასის 1/12-ისა. ატომური მასის ერთეულის შემოკლებული სახელწოდებაა amu. ამ სკალის მიხედვით, ჟანგბადის ატომური მასა არის 15,999 ამუ, ხოლო ნახშირბადი 1,0079 ამუ. ასე რომ, წარმოიშვა ახალი განმარტება: ფარდობითი ატომური მასა არის ნივთიერების ატომის მასა, გამოხატული ამუში.
ნივთიერების მოლეკულის მასა
ნებისმიერი ნივთიერება შედგება მოლეკულებისგან. ასეთი მოლეკულის მასა გამოიხატება ამუში, ეს მნიშვნელობა უდრის ყველა ატომის ჯამს, რომლებიც ქმნიან მის შემადგენლობას. მაგალითად, წყალბადის მოლეკულას აქვს მასა 2,0158 ამუ, ანუ 1,0079 x 2, და წყლის მოლეკულური წონა შეიძლება გამოითვალოს მისი ქიმიური ფორმულით H 2 O. წყალბადის ორი ატომი და ერთი ჟანგბადის ატომი ჯამია 18 . 0152 ამუ
თითოეული ნივთიერების ატომური მასის მნიშვნელობას ჩვეულებრივ უწოდებენ ფარდობით მოლეკულურ წონას.
ბოლო დრომდე „ატომური მასის“ ცნების ნაცვლად გამოიყენებოდა ფრაზა „ატომური წონა“. ის ამჟამად არ გამოიყენება, მაგრამ მაინც გვხვდება ძველ სახელმძღვანელოებსა და სამეცნიერო ნაშრომებში.
ნივთიერების რაოდენობის ერთეული
ქიმიაში მოცულობისა და მასის ერთეულებთან ერთად გამოიყენება ნივთიერების ოდენობის სპეციალური საზომი, რომელსაც ეწოდება მოლი. ეს ერთეული აჩვენებს ნივთიერების რაოდენობას, რომელიც შეიცავს იმდენ მოლეკულას, ატომს და სხვა სტრუქტურულ ნაწილაკს, რამდენიც მათ შეიცავს 12 C იზოტოპის 12 გ ნახშირბადში, ატომებში ან მოლეკულებში. მაგალითად, H + იონების მოლი და H 2 მოლეკულები სრულიად განსხვავებული ზომებია.
ამჟამად, ნივთიერების რაოდენობა ნივთიერების მოლში გაზომილია დიდი სიზუსტით.
პრაქტიკული გამოთვლები აჩვენებს, რომ სტრუქტურული ერთეულების რაოდენობა მოლში არის 6,02 x 10 23. ამ მუდმივას „ავოგადროს რიცხვს“ უწოდებენ. იტალიელი მეცნიერის სახელით დასახელებული ეს ქიმიური რაოდენობა მიუთითებს სტრუქტურული ერთეულების რაოდენობაზე ნებისმიერი ნივთიერების მოლში, მიუხედავად მისი შინაგანი სტრუქტურისა, შემადგენლობისა და წარმოშობისა.
მოლური მასა
ნივთიერების ერთი მოლის მასას ქიმიაში ეწოდება "მოლური მასა", ეს ერთეული გამოიხატება გ/მოლ თანაფარდობით. მოლური მასის მნიშვნელობის პრაქტიკაში გამოყენებისას ჩანს, რომ წყალბადის მოლური მასა არის 2,02158 გ/მოლი, ჟანგბადი 1,0079 გ/მოლი და ა.შ.
ავოგადროს კანონის შედეგები
ავოგადროს კანონი საკმაოდ გამოსაყენებელია გაზის მოცულობის გამოთვლისას ნივთიერების რაოდენობის დასადგენად. ნებისმიერი აირისებრი ნივთიერების მოლეკულების იგივე რაოდენობა მუდმივ პირობებში იკავებს თანაბარ მოცულობას. მეორეს მხრივ, ნებისმიერი ნივთიერების 1 მოლი შეიცავს იმავე რაოდენობის მოლეკულებს. დასკვნა თავისთავად გვთავაზობს: მუდმივი ტემპერატურისა და წნევის დროს აირისებრი ნივთიერების ერთი მოლი იკავებს მუდმივ მოცულობას და შეიცავს მოლეკულების თანაბარ რაოდენობას. ავოგადროს რიცხვში ნათქვამია, რომ 1 მოლი აირის მოცულობაში არის 6,02 x 10 23 მოლეკულა.
გაზის მოცულობის გაანგარიშება ნორმალური პირობებისთვის
ქიმიაში ნორმალური პირობებია ატმოსფერული წნევა 760 მმ Hg. Ხელოვნება. და ტემპერატურა 0 ° C. ამ პარამეტრებით ექსპერიმენტულად დადგინდა, რომ ერთი ლიტრი ჟანგბადის მასა არის 1,43 კგ. მაშასადამე, ერთი მოლი ჟანგბადის მოცულობა 22,4 ლიტრია. ნებისმიერი გაზის მოცულობის გაანგარიშებისას შედეგებმა აჩვენა იგივე მნიშვნელობა. ასე რომ, ავოგადროს მუდმივმა სხვა დასკვნა გააკეთა სხვადასხვა აირისებრი ნივთიერების მოცულობებთან დაკავშირებით: ნორმალურ პირობებში, ნებისმიერი აირისებრი ელემენტის ერთი მოლი იკავებს 22,4 ლიტრს. ამ მუდმივას ეწოდება გაზის მოლური მოცულობა.
სკოლის ქიმიის კურსიდან ვიცით, რომ თუ რომელიმე ნივთიერების ერთ მოლს ავიღებთ, მაშინ ის შეიცავს 6.02214084(18).10^23 ატომს ან სხვა სტრუქტურულ ელემენტებს (მოლეკულებს, იონებს და ა.შ.). მოხერხებულობისთვის, ავოგადროს ნომერი ჩვეულებრივ იწერება ამ ფორმით: 6.02. 10^23.
თუმცა, რატომ არის ავოგადროს მუდმივი (უკრაინულად „გადაიქცა ავოგადრო“) ამ მნიშვნელობის ტოლი? ამ კითხვაზე პასუხი სახელმძღვანელოებში არ არის და ქიმიის ისტორიკოსები სხვადასხვა ვერსიას გვთავაზობენ. როგორც ჩანს, ავოგადროს რიცხვს რაღაც საიდუმლო მნიშვნელობა აქვს. ყოველივე ამის შემდეგ, არის ჯადოსნური რიცხვები, სადაც ზოგი აღნიშნავს რიცხვს "pi", ფიბონაჩის რიცხვებს, შვიდს (რვა აღმოსავლეთში), 13 და ა.შ. ჩვენ ვებრძვით საინფორმაციო ვაკუუმს. ჩვენ არ ვისაუბრებთ იმაზე, თუ ვინ არის ამედეო ავოგადრო და რატომ დაერქვა ამ მეცნიერის სახელი მის მიერ ჩამოყალიბებული კანონის გარდა, მუდმივ აღმოჩენილ კრატერს მთვარეზეც. ამის შესახებ უკვე ბევრი სტატია დაიწერა.
უფრო ზუსტად, მე არ დამითვლია მოლეკულები ან ატომები რაიმე კონკრეტულ მოცულობაში. პირველი ადამიანი, ვინც ცდილობდა გაერკვია რამდენი აირის მოლეკულა
მოცემულ მოცულობაში იმავე წნევასა და ტემპერატურაზე იყო იოზეფ ლოშმიდტი და ეს იყო 1865 წელს. თავისი ექსპერიმენტების შედეგად ლოშმიდტი მივიდა დასკვნამდე, რომ ნორმალურ პირობებში ნებისმიერი გაზის ერთ კუბურ სანტიმეტრში არის 2,68675. 10^19 მოლეკულა.
შემდგომში გამოიგონეს დამოუკიდებელი მეთოდები იმის შესახებ, თუ როგორ უნდა განვსაზღვროთ ავოგადროს რიცხვი, და რადგან შედეგები უმეტესწილად დაემთხვა, ეს კიდევ ერთხელ საუბრობდა მოლეკულების ფაქტობრივი არსებობის სასარგებლოდ. ამ დროისთვის მეთოდების რაოდენობამ 60-ს გადააჭარბა, მაგრამ ბოლო წლებში მეცნიერები ცდილობენ კიდევ უფრო გააუმჯობესონ შეფასების სიზუსტე, რათა შემოეღოთ ტერმინი „კილოგრამი“ ახალი განმარტება. ჯერჯერობით კილოგრამი შედარებულია არჩეულ მატერიალურ სტანდარტთან ყოველგვარი ფუნდამენტური განმარტების გარეშე.
თუმცა, დავუბრუნდეთ ჩვენს კითხვას - რატომ არის ეს მუდმივი ტოლი 6.022-ის. 10^23?
ქიმიაში, 1973 წელს, გამოთვლების მოხერხებულობისთვის, შემოგვთავაზეს ისეთი კონცეფციის შემოღება, როგორიცაა "სუბსტანციის რაოდენობა". რაოდენობის საზომი ძირითადი ერთეული იყო მოლი. IUPAC-ის რეკომენდაციების მიხედვით, ნებისმიერი ნივთიერების რაოდენობა მისი სპეციფიკური ელემენტარული ნაწილაკების რაოდენობის პროპორციულია. პროპორციულობის კოეფიციენტი არ არის დამოკიდებული ნივთიერების ტიპზე და ავოგადროს რიცხვი არის მისი ორმხრივი.
საილუსტრაციოდ, ავიღოთ მაგალითი. როგორც ცნობილია ატომური მასის ერთეულის განმარტებიდან, დილის 1 სთ. შეესაბამება ერთი ნახშირბადის ატომის 12C მასის მეთორმეტედს და არის 1,66053878,10^(−24) გრამი. თუ გაამრავლებთ 1 საათზე. ავოგადროს მუდმივით მიიღებთ 1000 გ/მოლ. ახლა ავიღოთ, ვთქვათ, ბერილიუმი. ცხრილის მიხედვით, ბერილიუმის ერთი ატომის მასა არის 9,01 ამუ. მოდით გამოვთვალოთ ამ ელემენტის ატომების ერთი მოლი ტოლია:
6,02 x 10^23 მოლ-1 * 1,66053878x10^(−24) გრამი * 9,01 = 9,01 გრამი/მოლ.
ამრიგად, გამოდის, რომ რიცხობრივად ემთხვევა ატომს.
ავოგადროს მუდმივი სპეციალურად შეირჩა ისე, რომ მოლური მასა შეესაბამებოდეს ატომურ ან განზომილების მნიშვნელობას - ფარდობით მოლეკულურ მნიშვნელობას.
მოლი - ნივთიერების რაოდენობა, რომელიც შეიცავს იმდენ სტრუქტურულ ელემენტს, რამდენი ატომია 12 გ 12 C ტემპერატურაზე და სტრუქტურული ელემენტები, როგორც წესი, არის ატომები, მოლეკულები, იონები და ა.შ. ნივთიერების 1 მოლი მასა გამოხატული გრამებით, რიცხობრივად უდრის მის მოლს. მასა. ასე რომ, 1 მოლი ნატრიუმის მასა 22,9898 გ და შეიცავს 6,02 10 23 ატომს; 1 მოლ კალციუმის ფტორიდს CaF 2 აქვს მასა (40,08 + 2 18,998) = 78,076 გ და შეიცავს 6,02 10 23 მოლეკულას, ისევე როგორც 1 მოლ ნახშირბადის ტეტრაქლორიდს CCl 4 , რომლის მასა არის (12,011 + 53 .
ავოგადროს კანონი.
ატომური თეორიის განვითარების გარიჟრაჟზე (1811 წ.) ა. ავოგადრომ წამოაყენა ჰიპოთეზა, რომლის მიხედვითაც, ერთსა და იმავე ტემპერატურასა და წნევაზე იდეალური აირების თანაბარი მოცულობა შეიცავს მოლეკულების ერთსა და იმავე რაოდენობას. მოგვიანებით ეს ჰიპოთეზა კინეტიკური თეორიის აუცილებელი შედეგი იყო და ახლა ცნობილია როგორც ავოგადროს კანონი. ის შეიძლება ჩამოყალიბდეს შემდეგნაირად: ნებისმიერი გაზის ერთი მოლი იმავე ტემპერატურასა და წნევაზე იკავებს ერთსა და იმავე მოცულობას, სტანდარტულ ტემპერატურასა და წნევაზე (0 ° C, 1.01×10 5 Pa) უდრის 22.41383 ლიტრს. ეს რაოდენობა ცნობილია როგორც გაზის მოლური მოცულობა.
თავად ავოგადრომ არ გააკეთა შეფასებები მოცემულ მოცულობაში მოლეკულების რაოდენობის შესახებ, მაგრამ მიხვდა, რომ ეს იყო ძალიან დიდი რაოდენობა. პირველი მცდელობა იპოვონ მოლეკულების რაოდენობა, რომლებიც იკავებს მოცემულ მოცულობას, განხორციელდა 1865 წელს J. Loschmidt-ის მიერ; აღმოჩნდა, რომ 1 სმ 3 იდეალური აირი ნორმალურ (სტანდარტულ) პირობებში შეიცავს 2,68675×10 19 მოლეკულას. ამ მეცნიერის სახელით, მითითებულ მნიშვნელობას ეწოდა ლოშმიდტის რიცხვი (ან მუდმივი). მას შემდეგ შემუშავდა ავოგადროს რიცხვის დასადგენად დამოუკიდებელი მეთოდების დიდი რაოდენობა. მიღებული მნიშვნელობების შესანიშნავი შეთანხმება არის მოლეკულების რეალური არსებობის დამაჯერებელი მტკიცებულება.
ლოშმიდტის მეთოდი
არის მხოლოდ ისტორიული ინტერესი. იგი ეფუძნება ვარაუდს, რომ თხევადი გაზი შედგება მჭიდროდ შეფუთული სფერული მოლეკულებისგან. სითხის მოცულობის გაზომვით, რომელიც წარმოიქმნება გაზის მოცემული მოცულობისგან და იცოდა დაახლოებით გაზის მოლეკულების მოცულობის შესახებ (ეს მოცულობა შეიძლება წარმოდგენილი იყოს გაზის ზოგიერთი თვისების საფუძველზე, როგორიცაა სიბლანტე), ლოშმიდტმა მიიღო ავოგადროს რიცხვის შეფასება. ~ 10 22 .
განმარტება ელექტრონის მუხტის გაზომვის საფუძველზე.
ელექტროენერგიის რაოდენობის ერთეული, რომელიც ცნობილია როგორც ფარადეის რიცხვი ფ, არის მუხტი, რომელსაც ატარებს ელექტრონის ერთი მოლი, ე.ი. ფ = ნე, სად ეარის ელექტრონის მუხტი, ნ- ელექტრონების რაოდენობა 1 მოლ ელექტრონში (ანუ ავოგადროს რიცხვი). ფარადეის რიცხვი შეიძლება განისაზღვროს ელექტროენერგიის რაოდენობის გაზომვით, რომელიც საჭიროა 1 მოლი ვერცხლის დასაშლელად ან დასალექად. აშშ-ს სტანდარტების ეროვნული ბიუროს მიერ გაკეთებულმა ფრთხილად გაზომვებმა მნიშვნელობა მისცა ფ\u003d 96490,0 C, ხოლო სხვადასხვა მეთოდით გაზომილი ელექტრონის მუხტი (კერძოდ, რ. მილიკენის ექსპერიმენტებში) არის 1,602×10 -19 C. აქედან შეგიძლიათ იპოვოთ ნ. ავოგადროს რიცხვის განსაზღვრის ეს მეთოდი, როგორც ჩანს, ერთ-ერთი ყველაზე ზუსტია.
პერინის ექსპერიმენტები.
კინეტიკური თეორიის საფუძველზე მიიღეს გამონათქვამი, რომელიც მოიცავს ავოგადროს რიცხვს, რომელიც აღწერს გაზის (მაგალითად, ჰაერის) სიმკვრივის შემცირებას ამ გაზის სვეტის სიმაღლესთან. თუ ჩვენ შეგვეძლო გამოვთვალოთ მოლეკულების რაოდენობა 1 სმ 3 აირში ორ სხვადასხვა სიმაღლეზე, მაშინ, მითითებული გამონათქვამის გამოყენებით, ვიპოვით ნ. სამწუხაროდ, ამის გაკეთება შეუძლებელია, რადგან მოლეკულები უხილავია. თუმცა, 1910 წელს ჯ. პერინმა აჩვენა, რომ ზემოაღნიშნული გამოთქმა ასევე მოქმედებს კოლოიდური ნაწილაკების სუსპენზიებისთვის, რომლებიც ჩანს მიკროსკოპის ქვეშ. შეჩერების სვეტში სხვადასხვა სიმაღლეზე ნაწილაკების რაოდენობის დათვლამ მისცა ავოგადროს რიცხვი 6,82 x 10 23. ექსპერიმენტების კიდევ ერთი სერიიდან, რომელშიც გაზომილი იყო კოლოიდური ნაწილაკების ფესვის საშუალო კვადრატული გადაადგილება მათი ბრაუნის მოძრაობის შედეგად, პერინმა მიიღო მნიშვნელობა ნ\u003d 6,86 × 10 23. შემდგომში, სხვა მკვლევარებმა გაიმეორეს პერინის ზოგიერთი ექსპერიმენტი და მიიღეს მნიშვნელობები, რომლებიც კარგად ემთხვევა ამჟამად მიღებულს. უნდა აღინიშნოს, რომ პერინის ექსპერიმენტები გარდამტეხი აღმოჩნდა მეცნიერთა დამოკიდებულებაში მატერიის ატომური თეორიისადმი - ადრე ზოგიერთი მეცნიერი მას ჰიპოთეზად თვლიდა. W. Ostwald-მა, იმდროინდელმა გამოჩენილმა ქიმიკოსმა, გამოხატა ეს ცვლილება თავის შეხედულებებში შემდეგნაირად: „ბრაუნის მოძრაობის შესაბამისობა კინეტიკური ჰიპოთეზის მოთხოვნებთან... აიძულა ყველაზე პესიმისტურ მეცნიერებსაც კი ელაპარაკონ ექსპერიმენტულზე. ატომური თეორიის მტკიცებულება“.
გამოთვლები ავოგადროს ნომრის გამოყენებით.
ავოგადროს რიცხვის დახმარებით მიიღეს მრავალი ნივთიერების ატომებისა და მოლეკულების ზუსტი მასები: ნატრიუმი, 3,819×10 -23 გ (22,9898 გ / 6,02×10 23), ნახშირბადის ტეტრაქლორიდი, 25,54×10 -23 გ და ა.შ. . ასევე შეიძლება აჩვენოს, რომ 1 გ ნატრიუმი უნდა შეიცავდეს ამ ელემენტის დაახლოებით 3×1022 ატომს.
იხილეთ ასევე
მოლში ნივთიერების ოდენობისა და ავოგადროს რიცხვის გაცნობით, ძალიან ადვილია გამოვთვალოთ რამდენ მოლეკულას შეიცავს ეს ნივთიერება. უბრალოდ გაამრავლეთ ავოგადროს რიცხვი ნივთიერების რაოდენობაზე.
N=N A *ν
და თუ თქვენ მოხვედით კლინიკაში ტესტების გასაკეთებლად, მაგალითად, სისხლში შაქრისთვის, ავოგადროს რიცხვის ცოდნით, შეგიძლიათ მარტივად გამოთვალოთ შაქრის მოლეკულების რაოდენობა თქვენს სისხლში. ისე, მაგალითად, ანალიზმა აჩვენა 5 მოლი. ამ შედეგს ვამრავლებთ ავოგადროს რიცხვზე და ვიღებთ 3,010,000,000,000,000,000,000,000 ცალი. ამ ფიგურის დათვალიერებისას, ცხადი ხდება, რატომ თქვეს უარი მოლეკულების ნაწილებად გაზომვაზე და დაიწყეს მათი მოლში გაზომვა.
მოლური მასა (M).
თუ ნივთიერების რაოდენობა უცნობია, მაშინ მისი პოვნა შესაძლებელია ნივთიერების მასის მოლარულ მასაზე გაყოფით.
N=N A * m / M .
ერთადერთი კითხვა, რომელიც შეიძლება წარმოიშვას აქ არის: "რა არის მოლური მასა?" არა, ეს არ არის მხატვრის მასა, როგორც შეიძლება ჩანდეს!!! Მოლური მასაარის ნივთიერების ერთი მოლის მასა. აქ ყველაფერი მარტივია, თუ ერთი მოლი შეიცავს N A ნაწილაკებს (ანუ ტოლია ავოგადროს რიცხვი), შემდეგ, ერთი ასეთი ნაწილაკის მასის გამრავლება m0ავოგადროს რიცხვით ვიღებთ მოლარულ მასას.
M=m 0 *N A .
Მოლური მასაარის ნივთიერების ერთი მოლის მასა.
და კარგია თუ ცნობილია, მაგრამ თუ არა? ჩვენ უნდა გამოვთვალოთ ერთი მოლეკულის მასა m 0. მაგრამ არც ეს არის პრობლემა. თქვენ მხოლოდ უნდა იცოდეთ მისი ქიმიური ფორმულა და ხელთ გქონდეთ პერიოდული ცხრილი.
ფარდობითი მოლეკულური წონა (Mr).
თუ ნივთიერების მოლეკულების რაოდენობა არის ძალიან დიდი მნიშვნელობა, მაშინ ერთი მოლეკულის მასა m0, პირიქით, ძალიან მცირე მნიშვნელობაა. ამიტომ, გამოთვლების მოხერხებულობისთვის, ჩვენ გავაცანით ფარდობითი მოლეკულური წონა (Mr). ეს არის ნივთიერების ერთი მოლეკულის ან ატომის მასის თანაფარდობა ნახშირბადის ატომის მასის 1/12-თან. მაგრამ ამან არ შეგაშინოთ, ატომებისთვის ეს მითითებულია პერიოდულ სისტემაში, ხოლო მოლეკულებისთვის ის გამოითვლება, როგორც ყველა ატომის ფარდობითი მოლეკულური მასების ჯამი, რომლებიც ქმნიან მოლეკულას. ფარდობითი მოლეკულური წონა იზომება ატომური მასის ერთეულები (a.m.u.)კილოგრამების მიხედვით 1 ამუ = 1,67 10 -27 კგ.ამის ცოდნა, ჩვენ შეგვიძლია მარტივად განვსაზღვროთ ერთი მოლეკულის მასა ფარდობითი მოლეკულური მასის 1,67 10 -27-ზე გამრავლებით.
მ 0 \u003d M r * 1.67 * 10 -27.
შედარებითი მოლეკულური წონა- ერთი მოლეკულის ან ნივთიერების ატომის მასის თანაფარდობა ნახშირბადის ატომის მასის 1/12-თან.
ურთიერთობა მოლარულ და მოლეკულურ წონას შორის.
გაიხსენეთ მოლური მასის პოვნის ფორმულა:
M=m 0 *N A .
იმიტომ რომ m 0 \u003d M r * 1.67 10 -27,ჩვენ შეგვიძლია გამოვხატოთ მოლური მასა შემდეგნაირად:
M=Mრ *N A *1.67 10 -27 .
ახლა, თუ ავოგადროს რიცხვს N A გავამრავლებთ 1,67 10 -27-ზე, მივიღებთ 10 -3, ანუ ნივთიერების მოლური მასის გასარკვევად საკმარისია მისი მოლეკულური წონა 10 -3-ზე გავამრავლოთ.
M=Mრ *10 -3
მაგრამ ნუ იჩქარებთ ამ ყველაფრის გაკეთებას მოლეკულების რაოდენობის გამოთვლით. თუ ვიცით m ნივთიერების მასა, მაშინ მისი გაყოფა მოლეკულის მასაზე m 0, მივიღებთ ამ ნივთიერების მოლეკულების რაოდენობას.
N=m/m0
რა თქმა უნდა, მოლეკულების დათვლა უმადურ ამოცანას წარმოადგენს, ისინი არა მხოლოდ მცირეა, არამედ მუდმივად მოძრაობენ. რომ და შეხედე დაიკარგები და ისევ დათვლა მოგიწევს. მაგრამ მეცნიერებაში, ისევე როგორც ჯარში, არის ასეთი სიტყვა "აუცილებელი" და, შესაბამისად, ატომები და მოლეკულებიც კი იყო დათვლილი ...
ფიზიკა-მათემატიკის მეცნიერებათა დოქტორი ევგენი მეილიხოვი
წიგნის შესავალი (შემოკლებით): მეილიხოვი ე.ზ. ავოგადროს ნომერი. როგორ დავინახოთ ატომი. - Dolgoprudny: გამომცემლობა "ინტელექტი", 2017 წ.
იტალიელმა მეცნიერმა ამედეო ავოგადრომ, A.S. პუშკინის თანამედროვემ, პირველმა გაიგო, რომ ნივთიერების ერთ გრამ ატომში (მოლში) ატომების რაოდენობა ყველა ნივთიერებისთვის ერთნაირია. ამ რიცხვის ცოდნა ხსნის გზას ატომების (მოლეკულების) ზომის შესაფასებლად. ავოგადროს სიცოცხლის განმავლობაში მის ჰიპოთეზას სათანადო აღიარება არ მიუღია.
ავოგადროს რიცხვის ისტორია არის ევგენი ზალმანოვიჩ მეილიხოვის ახალი წიგნის საგანი, მოსკოვის ფიზიკა-ტექნიკის ინსტიტუტის პროფესორი, კურჩატოვის ინსტიტუტის ეროვნული კვლევითი ცენტრის მთავარი მკვლევარი.
თუ რაიმე მსოფლიო კატასტროფის შედეგად მთელი დაგროვილი ცოდნა განადგურდებოდა და მხოლოდ ერთი ფრაზა მოუვიდოდა ცოცხალ არსებებს მომავალ თაობებს, მაშინ რომელი დებულება, რომელიც შედგება ყველაზე მცირე რაოდენობის სიტყვებისგან, მოიტანს ყველაზე მეტ ინფორმაციას? მე მჯერა, რომ ეს არის ატომური ჰიპოთეზა: ... ყველა სხეული შედგება ატომებისგან - პატარა სხეულებისგან, რომლებიც მუდმივ მოძრაობაში არიან.
რ.ფეინმანი. ფეინმანი კითხულობს ლექციებს ფიზიკაზე
ავოგადროს რიცხვი (ავოგადროს მუდმივი, ავოგადროს მუდმივი) განისაზღვრება, როგორც ატომების რაოდენობა ნახშირბად-12-ის სუფთა იზოტოპის 12 გრამში (12 C). ჩვეულებრივ აღინიშნება როგორც N A, ნაკლებად ხშირად L. CODATA-ს (სამუშაო ჯგუფი ფუნდამენტურ მუდმივებზე) მიერ რეკომენდებული ავოგადროს რიცხვის მნიშვნელობა 2015 წელს: N A = 6.02214082(11) 10 23 მოლი -1. მოლი არის ნივთიერების რაოდენობა, რომელიც შეიცავს N A სტრუქტურულ ელემენტებს (ანუ იმდენი ელემენტია, რამდენი ატომია 12 გ 12 C ტემპერატურაზე), ხოლო სტრუქტურული ელემენტები, როგორც წესი, არის ატომები, მოლეკულები, იონები და ა.შ. განმარტებით, ატომური მასის ერთეული (a.e. .m) უდრის 12 C ატომის მასის 1/12-ს. ნივთიერების ერთ მოლს (გრამ-მოლ) აქვს მასა (მოლური მასა), რომელიც, როდესაც გამოხატულია გრამებში, რიცხობრივად უდრის. ამ ნივთიერების მოლეკულური წონა (გამოხატული ატომური მასის ერთეულებში). მაგალითად: 1 მოლ ნატრიუმს აქვს მასა 22,9898 გ და შეიცავს (დაახლოებით) 6,02 10 23 ატომს, 1 მოლ კალციუმის ფტორიდს CaF 2 აქვს მასა (40,08 + 2 18,998) = 78,076 გ და შეიცავს (დაახლოებით) (დაახლოებით . 02 10 23 მოლეკულები.
2011 წლის ბოლოს, წონისა და ზომების შესახებ XXIV გენერალურ კონფერენციაზე, ერთხმად იქნა მიღებული წინადადება, რათა განისაზღვროს მოლი ერთეულების საერთაშორისო სისტემის (SI) მომავალ ვერსიაში ისე, რომ თავიდან იქნას აცილებული მისი კავშირი განსაზღვრებასთან. გრამიდან. ვარაუდობენ, რომ 2018 წელს მოლი პირდაპირ განისაზღვრება ავოგადროს ნომრით, რომელსაც მიენიჭება ზუსტი (შეცდომის გარეშე) მნიშვნელობა CODATA-ს მიერ რეკომენდებული გაზომვის შედეგების საფუძველზე. ჯერჯერობით, ავოგადროს რიცხვი არ არის მიღებული განმარტებით, მაგრამ გაზომილი მნიშვნელობა.
ამ მუდმივას სახელი ეწოდა ცნობილი იტალიელი ქიმიკოსის ამედეო ავოგადროს (1776-1856) პატივსაცემად, რომელმაც, თუმცა თავად არ იცოდა ეს რიცხვი, ესმოდა, რომ ეს იყო ძალიან დიდი მნიშვნელობა. ატომური თეორიის განვითარების გარიჟრაჟზე ავოგადრომ წამოაყენა ჰიპოთეზა (1811), რომლის მიხედვითაც, იმავე ტემპერატურასა და წნევაზე, იდეალური აირების თანაბარი მოცულობა შეიცავს მოლეკულების ერთსა და იმავე რაოდენობას. მოგვიანებით დადასტურდა, რომ ეს ჰიპოთეზა იყო აირების კინეტიკური თეორიის შედეგი და ახლა ცნობილია როგორც ავოგადროს კანონი. ის შეიძლება ჩამოყალიბდეს შემდეგნაირად: ნებისმიერი გაზის ერთი მოლი იმავე ტემპერატურასა და წნევაზე იკავებს ერთსა და იმავე მოცულობას, ნორმალურ პირობებში უდრის 22,41383 ლიტრს (ნორმალური პირობები შეესაბამება წნევას P 0 \u003d 1 ატმოსფერო და ტემპერატურა T 0 \u003d 273,15 K. ). ეს რაოდენობა ცნობილია როგორც გაზის მოლური მოცულობა.
პირველი მცდელობა იპოვონ მოლეკულების რაოდენობა, რომლებიც იკავებს მოცემულ მოცულობას 1865 წელს J. Loschmidt-მა. მისი გამოთვლებიდან გამომდინარეობდა, რომ მოლეკულების რაოდენობა ჰაერის მოცულობის ერთეულზე არის 1,8·10 18 სმ -3, რაც, როგორც გაირკვა, დაახლოებით 15-ჯერ ნაკლებია სწორ მნიშვნელობაზე. რვა წლის შემდეგ ჯ. მაქსველმა ჭეშმარიტებასთან ბევრად უფრო ახლოს შეფასება მისცა - 1,9·10 19 სმ -3. საბოლოოდ, 1908 წელს პერინი იძლევა უკვე მისაღებ შეფასებას: N A = 6,8·10 23 მოლი -1 ავოგადროს რიცხვი, ნაპოვნი ბრაუნის მოძრაობის ექსპერიმენტებიდან.
მას შემდეგ შემუშავდა უამრავი დამოუკიდებელი მეთოდი ავოგადროს რიცხვის დასადგენად და უფრო ზუსტმა გაზომვებმა აჩვენა, რომ რეალურად არის (დაახლოებით) 2,69 x 10 19 მოლეკულა 1 სმ 3 იდეალური აირის ნორმალურ პირობებში. ამ რაოდენობას ეწოდება ლოშმიდტის რიცხვი (ან მუდმივი). იგი შეესაბამება ავოგადროს რიცხვს N A ≈ 6.02·10 23.
ავოგადროს რიცხვი ერთ-ერთი მნიშვნელოვანი ფიზიკური მუდმივია, რომელმაც მნიშვნელოვანი როლი ითამაშა საბუნებისმეტყველო მეცნიერებების განვითარებაში. მაგრამ არის თუ არა ეს „უნივერსალური (ფუნდამენტური) ფიზიკური მუდმივი“? თავად ტერმინი არ არის განსაზღვრული და ჩვეულებრივ ასოცირდება ფიზიკური მუდმივების რიცხვითი მნიშვნელობების მეტ-ნაკლებად დეტალურ ცხრილთან, რომელიც უნდა იქნას გამოყენებული პრობლემების გადასაჭრელად. ამასთან დაკავშირებით, ფუნდამენტური ფიზიკური მუდმივები ხშირად განიხილება ის სიდიდეები, რომლებიც არ არიან ბუნების მუდმივები და თავიანთ არსებობას მხოლოდ ერთეულების არჩეულ სისტემას ევალება (როგორიცაა მაგნიტური და ელექტრული ვაკუუმის მუდმივები) ან პირობითი საერთაშორისო შეთანხმებები (მაგ. მაგალითად, ატომური მასის ერთეული). ფუნდამენტური მუდმივების რიცხვი ხშირად მოიცავს ბევრ წარმოებულ სიდიდეს (მაგალითად, გაზის მუდმივი R, კლასიკური ელექტრონული რადიუსი r e = e 2 /m e c 2 და ა.შ.) ან, როგორც მოლური მოცულობის შემთხვევაში, ზოგიერთი ფიზიკური პარამეტრის მნიშვნელობას. დაკავშირებული სპეციფიკურ ექსპერიმენტულ პირობებთან, რომლებიც არჩეულია მხოლოდ მოხერხებულობის გამო (წნევა 1 ატმ და ტემპერატურა 273,15 K). ამ თვალსაზრისით, ავოგადროს რიცხვი ნამდვილად ფუნდამენტური მუდმივია.
ეს წიგნი ეძღვნება ამ რიცხვის განსაზღვრის მეთოდების ისტორიას და განვითარებას. ეპოსი გაგრძელდა დაახლოებით 200 წელი და სხვადასხვა ეტაპზე ასოცირდებოდა სხვადასხვა ფიზიკურ მოდელებთან და თეორიებთან, რომელთაგან ბევრმა დღემდე არ დაკარგა აქტუალობა. ყველაზე ნათელ მეცნიერულ გონებას ჰქონდა ხელი ამ ამბავში - საკმარისია დავასახელოთ ა.ავოგადრო, ჯ.ლოშმიდტი, ჯ.მაქსველი, ჯ.პერინი, ა.აინშტაინი, მ.სმოლუჩოვსკი. სია შეიძლება გაგრძელდეს და გაგრძელდეს...
ავტორმა უნდა აღიაროს, რომ წიგნის იდეა მას არ ეკუთვნის, არამედ ლევ ფედოროვიჩ სოლოვეიჩიკს, მის თანაკლასელს მოსკოვის ფიზიკა-ტექნოლოგიის ინსტიტუტში, ადამიანი, რომელიც ეწეოდა გამოყენებითი კვლევებითა და განვითარებით, მაგრამ დარჩა რომანტიკოსად. სულით ფიზიკოსი. ეს არის ადამიანი, რომელიც (ერთ-ერთი იმ მცირერიცხოვანთაგანი) აგრძელებს "ჩვენს სასტიკ ეპოქაშიც კი" ბრძოლას რუსეთში რეალური "უმაღლესი" ფიზიკური აღზრდისთვის, აფასებს და, თავისი შესაძლებლობების ფარგლებში, ხელს უწყობს ფიზიკური იდეების სილამაზესა და ელეგანტურობას. . ცნობილია, რომ შეთქმულებიდან, რომელიც ა.ს. პუშკინმა ნ.ვ.გოგოლს წარუდგინა, წარმოიშვა ბრწყინვალე კომედია. რა თქმა უნდა, აქ ასე არ არის, მაგრამ ალბათ ეს წიგნიც გამოადგება ვინმეს.
ეს წიგნი არ არის „პოპულარული სამეცნიერო“ ნაშრომი, თუმცა შეიძლება ერთი შეხედვით ასე ჩანდეს. იგი განიხილავს სერიოზულ ფიზიკას რაღაც ისტორიულ ფონზე, იყენებს სერიოზულ მათემატიკას და განიხილავს საკმაოდ რთულ სამეცნიერო მოდელებს. სინამდვილეში, წიგნი შედგება ორი (არა ყოველთვის მკვეთრად შემოსაზღვრული) ნაწილისგან, რომლებიც განკუთვნილია სხვადასხვა მკითხველისთვის - ზოგს შეიძლება საინტერესო აღმოჩნდეს ისტორიული და ქიმიური თვალსაზრისით, ზოგმა კი ყურადღება გაამახვილოს პრობლემის ფიზიკურ და მათემატიკურ მხარეზე. ავტორს მხედველობაში ჰყავდა ცნობისმოყვარე მკითხველი - ფიზიკისა თუ ქიმიის ფაკულტეტის სტუდენტი, მათემატიკისთვის უცხო და მეცნიერების ისტორიით გატაცებული. არიან ასეთი სტუდენტები? ავტორმა არ იცის ზუსტი პასუხი ამ კითხვაზე, მაგრამ, საკუთარი გამოცდილებიდან გამომდინარე, იმედოვნებს, რომ არსებობს.
ინფორმაცია გამომცემლობა "ინტელექტის" წიგნების შესახებ - საიტზე www.id-intellect.ru
