Uma quantidade física igual ao número de elementos estruturais (que são moléculas, átomos, etc.) por um mol de uma substância é chamada de número de Avogadro. Seu valor atualmente oficialmente aceito é NA = 6,02214084(18)×1023 mol −1, foi aprovado em 2010. Em 2011, foram publicados os resultados de novos estudos, considerados mais precisos, mas no momento não são aprovados oficialmente.

A lei de Avogadro é de grande importância no desenvolvimento da química, pois permitiu calcular o peso de corpos que podem mudar de estado, tornando-se gasosos ou vaporosos. Foi com base na lei de Avogadro que a teoria atômico-molecular, que decorre da teoria cinética dos gases, começou seu desenvolvimento.

Além disso, com a ajuda da lei de Avogadro, foi desenvolvido um método para obter o peso molecular dos solutos. Para isso, as leis dos gases ideais foram estendidas para soluções diluídas, com base na ideia de que o soluto será distribuído sobre o volume do solvente, como um gás é distribuído em um vaso. Além disso, a lei de Avogadro tornou possível determinar as verdadeiras massas atômicas de vários elementos químicos.

Uso prático do número de Avogadro

A constante é usada no cálculo de fórmulas químicas e no processo de compilação de equações de reações químicas. Com a ajuda dele, são determinadas as massas moleculares relativas dos gases e o número de moléculas em um mol de qualquer substância.

Através do número de Avogadro, calcula-se a constante universal dos gases, obtida pela multiplicação desta constante pela constante de Boltzmann. Além disso, multiplicando o número de Avogadro e a carga elétrica elementar, pode-se obter a constante de Faraday.

Usando as consequências da lei de Avogadro

A primeira consequência da lei diz: "Um mol de gás (qualquer) em iguais condições ocupará um volume". Assim, em condições normais, o volume de um mol de qualquer gás é de 22,4 litros (esse valor é chamado de volume molar de gás) e, usando a equação de Mendeleev-Clapeyron, você pode determinar o volume de gás a qualquer pressão e temperatura.

A segunda consequência da lei: "A massa molar do primeiro gás é igual ao produto da massa molar do segundo gás pela densidade relativa do primeiro gás ao segundo." Em outras palavras, nas mesmas condições, conhecendo a razão entre as densidades de dois gases, pode-se determinar suas massas molares.

Na época de Avogadro, sua hipótese era teoricamente improvável, mas facilitou o estabelecimento experimental da composição das moléculas de gás e a determinação de sua massa. Com o tempo, uma base teórica foi trazida para seus experimentos, e agora o número de Avogadro é usado

A lei de Avogadro em química ajuda a calcular o volume, a massa molar, a quantidade de uma substância gasosa e a densidade relativa de um gás. A hipótese foi formulada por Amedeo Avogadro em 1811 e posteriormente confirmada experimentalmente.

Lei

Joseph Gay-Lussac foi o primeiro a estudar as reações dos gases em 1808. Formulou as leis da expansão térmica dos gases e das proporções volumétricas, tendo obtido do cloreto de hidrogênio e da amônia (dois gases) uma substância cristalina - NH 4 Cl (cloreto de amônio). Descobriu-se que, para criá-lo, é necessário levar os mesmos volumes de gases. Além disso, se um gás estivesse em excesso, a parte “extra” após a reação permaneceria sem uso.

Um pouco mais tarde, Avogadro formulou a conclusão de que, nas mesmas temperaturas e pressões, volumes iguais de gases contêm o mesmo número de moléculas. Neste caso, os gases podem ter diferentes propriedades químicas e físicas.

Arroz. 1. Amedeo Avogadro.

Duas consequências decorrem da lei de Avogadro:

• primeiro - um mol de gás em condições iguais ocupa o mesmo volume;
• segundo - a razão das massas de volumes iguais de dois gases é igual à razão de suas massas molares e expressa a densidade relativa de um gás em função de outro (indicado por D).

As condições normais (n.s.) são pressão P=101,3 kPa (1 atm) e temperatura T=273 K (0°C). Em condições normais, o volume molar de gases (o volume de uma substância em sua quantidade) é de 22,4 l / mol, ou seja, 1 mol de gás (6,02 ∙ 10 23 moléculas - número constante de Avogadro) ocupa um volume de 22,4 litros. O volume molar (V m) é um valor constante.

Arroz. 2. Condições normais.

Solução de problemas

O principal significado da lei é a capacidade de realizar cálculos químicos. Com base na primeira consequência da lei, você pode calcular a quantidade de matéria gasosa através do volume usando a fórmula:

onde V é o volume de gás, V m é o volume molar, n é a quantidade de substância, medida em mols.

A segunda conclusão da lei de Avogadro diz respeito ao cálculo da densidade relativa de um gás (ρ). A densidade é calculada usando a fórmula m/V. Se considerarmos 1 mol de gás, a fórmula da densidade ficará assim:

ρ (gás) = M/V m ,

onde M é a massa de um mol, ou seja. massa molar.

Para calcular a densidade de um gás a partir de outro gás, é necessário conhecer a densidade dos gases. A fórmula geral para a densidade relativa de um gás é a seguinte:

D(y)x = ρ(x) / ρ(y),

onde ρ(x) é a densidade de um gás, ρ(y) é a densidade do segundo gás.

Se substituirmos o cálculo da densidade na fórmula, obtemos:

D (y) x \u003d M (x) / V m / M (y) / V m.

O volume molar diminui e permanece

D(y)x = M(x)/M(y).

Considere a aplicação prática da lei no exemplo de dois problemas:

• Quantos litros de CO 2 serão obtidos a partir de 6 mol de MgCO 3 na reação de decomposição de MgCO 3 em óxido de magnésio e dióxido de carbono (n.o.)?
• Qual é a densidade relativa do CO 2 para o hidrogênio e para o ar?

Vamos resolver o primeiro problema primeiro.

n(MgCO3) = 6 mol

MgCO 3 \u003d MgO + CO 2

A quantidade de carbonato de magnésio e dióxido de carbono é a mesma (uma molécula cada), portanto n (CO 2) \u003d n (MgCO 3) \u003d 6 mol. A partir da fórmula n \u003d V / V m, você pode calcular o volume:

V = nVm, i.e. V (CO 2) \u003d n (CO 2) ∙ V m \u003d 6 mol ∙ 22,4 l / mol \u003d 134,4 l

Resposta: V (CO 2) \u003d 134,4 l

Solução do segundo problema:

• D (H2) CO 2 \u003d M (CO 2) / M (H 2) \u003d 44 g / mol / 2 g / mol \u003d 22;
• D (ar) CO 2 \u003d M (CO 2) / M (ar) \u003d 44 g / mol / 29 g / mol \u003d 1,52.

Arroz. 3. Fórmulas para a quantidade de substância em volume e densidade relativa.

As fórmulas da lei de Avogadro só funcionam para substâncias gasosas. Não se aplicam a líquidos e sólidos.

O que aprendemos?

De acordo com a formulação da lei, volumes iguais de gases nas mesmas condições contêm o mesmo número de moléculas. Em condições normais (n.c.), o valor do volume molar é constante, i.e. V m para gases é sempre 22,4 l/mol. Segue-se da lei que o mesmo número de moléculas de gases diferentes em condições normais ocupam o mesmo volume, bem como a densidade relativa de um gás em outro - a razão entre a massa molar de um gás e a massa molar do segundo gás.

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Sabemos de um curso de química da escola que, se tomarmos um mol de qualquer substância, ela conterá 6,02214084(18).10^23 átomos ou outros elementos estruturais (moléculas, íons, etc.). Por conveniência, o número de Avogadro geralmente é escrito desta forma: 6,02. 10^23.

No entanto, por que a constante de Avogadro (em ucraniano “tornou-se Avogadro”) igual a esse valor? Não há resposta para essa pergunta nos livros didáticos, e os historiadores da química oferecem uma variedade de versões. Parece que o número de Avogadro tem algum significado secreto. Afinal, existem números mágicos, onde alguns incluem o número "pi", números de fibonacci, sete (oito no leste), 13, etc. Vamos combater o vácuo de informação. Não vamos falar sobre quem é Amedeo Avogadro e por que, além da lei que ele formulou, a constante encontrada, uma cratera na Lua também recebeu o nome desse cientista. Muitos artigos já foram escritos sobre isso.

Para ser preciso, não contei moléculas ou átomos em nenhum volume específico. A primeira pessoa a tentar descobrir quantas moléculas de gás

contido em um determinado volume à mesma pressão e temperatura, foi Josef Loschmidt, e isso foi em 1865. Como resultado de seus experimentos, Loschmidt chegou à conclusão de que em um centímetro cúbico de qualquer gás em condições normais há 2,68675. 10^19 moléculas.

Posteriormente, métodos independentes foram inventados sobre como determinar o número de Avogadro e, como os resultados em grande parte coincidiam, isso mais uma vez falou a favor da existência real de moléculas. No momento, o número de métodos ultrapassou 60, mas nos últimos anos, os cientistas vêm tentando melhorar ainda mais a precisão da estimativa para introduzir uma nova definição do termo “quilograma”. Até agora, o quilograma é comparado com o padrão de material escolhido sem qualquer definição fundamental.

No entanto, voltando à nossa pergunta - por que essa constante é igual a 6,022 . 10^23?

Na química, em 1973, por conveniência nos cálculos, foi proposta a introdução de um conceito como "quantidade de substância". A unidade básica para medir a quantidade era o mol. De acordo com as recomendações da IUPAC, a quantidade de qualquer substância é proporcional ao número de suas partículas elementares específicas. O coeficiente de proporcionalidade não depende do tipo de substância, e o número de Avogadro é seu recíproco.

Para ilustrar, vamos dar um exemplo. Como é conhecido pela definição da unidade de massa atômica, 1 a.m.u. corresponde a um duodécimo da massa de um átomo de carbono 12C e é 1,66053878,10^(−24) gramas. Se você multiplicar 1 a.m.u. pela constante de Avogadro, você obtém 1.000 g/mol. Agora vamos pegar um pouco, digamos, de berílio. De acordo com a tabela, a massa de um átomo de berílio é 9,01 amu. Vamos calcular a que um mol de átomos desse elemento é igual:

6,02 x 10^23 mol-1 * 1,66053878x10^(-24) gramas * 9,01 = 9,01 gramas/mol.

Assim, verifica-se que numericamente coincide com o atômico.

A constante de Avogadro foi especialmente escolhida para que a massa molar correspondesse a um valor atômico ou adimensional - um valor molecular relativo.

Lei de Avogadro

No alvorecer do desenvolvimento da teoria atômica (), A. Avogadro apresentou uma hipótese segundo a qual, à mesma temperatura e pressão, volumes iguais de gases ideais contêm o mesmo número de moléculas. Esta hipótese foi mais tarde mostrada como uma consequência necessária da teoria cinética, e agora é conhecida como lei de Avogadro. Pode ser formulado da seguinte forma: um mol de qualquer gás à mesma temperatura e pressão ocupa o mesmo volume, em condições normais iguais a 22,41383 . Essa quantidade é conhecida como volume molar do gás.

O próprio Avogadro não fez estimativas do número de moléculas em um determinado volume, mas entendeu que esse é um valor muito grande. A primeira tentativa de encontrar o número de moléculas que ocupam um determinado volume foi feita no ano J. Loschmidt. Decorreu dos cálculos de Loschmidt que para o ar o número de moléculas por unidade de volume é 1,81·10 18 cm −3, que é cerca de 15 vezes menor que o valor verdadeiro. Após 8 anos, Maxwell deu uma estimativa muito mais próxima de "cerca de 19 milhões de milhões de milhões" de moléculas por centímetro cúbico, ou 1,9·10 19 cm-3. De fato, 1 cm³ de um gás ideal em condições normais contém 2,68675·10 19 moléculas. Essa quantidade foi chamada de número de Loschmidt (ou constante). Desde então, um grande número de métodos independentes para determinar o número de Avogadro foi desenvolvido. A excelente concordância dos valores obtidos é uma evidência convincente do número real de moléculas.

Medição constante

Os dados neste artigo são atualizados em dezembro de 2011.

O valor oficialmente aceito do número de Avogadro hoje foi medido em 2010. Para isso, foram utilizadas duas esferas de silício-28. As esferas foram obtidas no Instituto Leibniz de Cristalografia e polidas no Centro Australiano de Óptica de Alta Precisão tão suavemente que as alturas das saliências em sua superfície não excederam 98 nm. Para sua produção, foi usado silício-28 de alta pureza, isolado no Instituto Nizhny Novgorod de Química de Substâncias de Alta Pureza da Academia Russa de Ciências a partir de tetrafluoreto de silício altamente enriquecido em silício-28, obtido no Central Design Bureau of Mechanical Engenharia em São Petersburgo.

Tendo tais objetos praticamente ideais, é possível contar com alta precisão o número de átomos de silício na bola e, assim, determinar o número de Avogadro. De acordo com os resultados obtidos, é igual a 6,02214084(18)×10 23 mol −1 .

Relação entre constantes

• Pelo produto da constante de Boltzmann pela constante universal dos gases, R=kN UMA.
• Através do produto de uma carga elétrica elementar pelo número de Avogadro, a constante de Faraday é expressa, F=pt UMA.

Veja também

Notas

Literatura

• Número de Avogadro // Grande Enciclopédia Soviética

Fundação Wikimedia. 2010.

Veja o que é "Número de Avogadro" em outros dicionários:

- (constante de Avogadro, símbolo L), uma constante igual a 6,022231023, corresponde ao número de átomos ou moléculas contidos em um MOL de uma substância... Dicionário enciclopédico científico e técnico

Número de Avogadro- Avogadro konstanta statusas T sritis chemija apibrėžtis Dalelių (atomų, molekulių, jonų) skaičius viename medžiagos molyje, lygus (6,02204 ± 0,000031) 10²³ mol⁻¹. santrumpa(os) Santrumpą žr. orgulho. priedas(ai) Grafinis formatas atitikmenys:… … Chemijos terminų aiskinamasis žodynas

Número de Avogadro- Avogadro konstanta statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. constante de Avogadro; O número de Avogadro vok. Avogadro Konstante, f; Avogadrosche Konstante, f rus. constante de Avogadro, f; Número de Avogadro, n pranc. constante d'Avogadro, f; nome… … Fizikos terminų žodynas

Constante de Avogadro (número de Avogadro)- o número de partículas (átomos, moléculas, íons) em 1 mol de uma substância (um mol é a quantidade de uma substância que contém tantas partículas quantos átomos existem em exatamente 12 gramas do isótopo de carbono 12), denotado pelo símbolo N = 6,023 1023. Um dos ... ... Primórdios da ciência natural moderna

- (número de Avogadro), o número de elementos estruturais (átomos, moléculas, íons ou outros h c) em unidades. conte va a va (em um mol). Nomeado após A. Avogadro, designado NA. A. p. uma das constantes físicas fundamentais, essencial para determinar muitas ... Enciclopédia Física

- (número de Avogadro; denotado por NA), o número de moléculas ou átomos em 1 mol de uma substância, NA \u003d 6,022045 (31) x 1023 mol 1; nome chamado A. Avogadro ... Ciência natural. dicionário enciclopédico

- (número de Avogadro), o número de partículas (átomos, moléculas, íons) em 1 mol em VA. Denotado NA e igual a (6,022045 ... Enciclopédia Química

Na \u003d (6,022045 ± 0,000031) * 10 23 o número de moléculas em um mol de qualquer substância ou o número de átomos em um mol de uma substância simples. Uma das constantes fundamentais, com a qual você pode determinar quantidades como, por exemplo, a massa de um átomo ou molécula (consulte ... ... Enciclopédia Collier

Doutor em Ciências Físicas e Matemáticas Evgeny Meilikhov

Introdução (abreviada) ao livro: número de Meilikhov EZ Avogadro. Como ver um átomo. - Dolgoprudny: Editora "Intelecto", 2017.

O cientista italiano Amedeo Avogadro, contemporâneo de A. S. Pushkin, foi o primeiro a entender que o número de átomos (moléculas) em um grama-átomo (mole) de uma substância é o mesmo para todas as substâncias. O conhecimento desse número abre caminho para estimar o tamanho dos átomos (moléculas). Durante a vida de Avogadro, sua hipótese não recebeu o devido reconhecimento.

A história do número de Avogadro é o assunto de um novo livro de Evgeny Zalmanovich Meilikhov, professor do Instituto de Física e Tecnologia de Moscou, pesquisador-chefe do Centro Nacional de Pesquisa "Instituto Kurchatov".

Se, em consequência de alguma catástrofe mundial, todo o conhecimento acumulado fosse destruído e apenas uma frase chegasse às futuras gerações de seres vivos, então qual afirmação, composta pelo menor número de palavras, traria mais informações? Acredito que esta seja a hipótese atômica: ... todos os corpos são compostos de átomos - pequenos corpos que estão em constante movimento.
R. Feynman. Feynman palestras sobre física

O número de Avogadro (constante de Avogadro, constante de Avogadro) é definido como o número de átomos em 12 gramas do isótopo puro carbono-12 (12 C). Geralmente é denotado como NA, menos frequentemente L. O valor do número de Avogadro recomendado pelo CODATA (grupo de trabalho sobre constantes fundamentais) em 2015: NA = 6,02214082(11) 10 23 mol -1. Um mol é a quantidade de uma substância que contém N A elementos estruturais (isto é, tantos elementos quantos são os átomos em 12 g 12 C), e os elementos estruturais são geralmente átomos, moléculas, íons, etc. unidade de massa (a.e. .m) é igual a 1/12 da massa de um átomo de 12 C. Um mol (grama-mol) de uma substância tem uma massa (massa molar) que, quando expressa em gramas, é numericamente igual a o peso molecular dessa substância (expresso em unidades de massa atômica). Por exemplo: 1 mol de sódio tem uma massa de 22,9898 g e contém (aproximadamente) 6,02 10 23 átomos, 1 mol de fluoreto de cálcio CaF 2 tem uma massa de (40,08 + 2 18,998) = 78,076 g e contém (aproximadamente) 6 . 02 10 23 moléculas.

No final de 2011, na XXIV Conferência Geral de Pesos e Medidas, foi aprovada por unanimidade uma proposta para definir o mol em uma futura versão do Sistema Internacional de Unidades (SI) de forma a evitar sua vinculação à definição do grama. Supõe-se que em 2018 o mol será determinado diretamente pelo número de Avogadro, ao qual será atribuído um valor exato (sem erro) com base nos resultados de medição recomendados pela CODATA. Até agora, o número de Avogadro não é aceito por definição, mas um valor medido.

Essa constante tem o nome do famoso químico italiano Amedeo Avogadro (1776-1856), que, embora ele mesmo não conhecesse esse número, entendeu que era um valor muito grande. No início do desenvolvimento da teoria atômica, Avogadro apresentou uma hipótese (1811), segundo a qual, à mesma temperatura e pressão, volumes iguais de gases ideais contêm o mesmo número de moléculas. Esta hipótese foi mais tarde mostrada como uma consequência da teoria cinética dos gases, e agora é conhecida como lei de Avogadro. Pode ser formulado da seguinte forma: um mol de qualquer gás na mesma temperatura e pressão ocupa o mesmo volume, em condições normais iguais a 22,41383 litros (condições normais correspondem à pressão P 0 \u003d 1 atm e temperatura T 0 \u003d 273,15 K ). Essa quantidade é conhecida como volume molar do gás.

A primeira tentativa de encontrar o número de moléculas que ocupam um determinado volume foi feita em 1865 por J. Loschmidt. De seus cálculos, concluiu-se que o número de moléculas por unidade de volume de ar é 1,8,10 18 cm -3, o que, como se viu, é cerca de 15 vezes menor que o valor correto. Oito anos depois, J. Maxwell deu uma estimativa muito mais próxima da verdade - 1,9·10 19 cm -3. Finalmente, em 1908, Perrin dá uma estimativa já aceitável: NA = 6,8·10 23 mol -1 número de Avogadro, encontrado em experimentos sobre movimento browniano.

Desde então, um grande número de métodos independentes foi desenvolvido para determinar o número de Avogadro, e medições mais precisas mostraram que na realidade existem (aproximadamente) 2,69 x 10 19 moléculas em 1 cm 3 de um gás ideal em condições normais. Essa quantidade é chamada de número de Loschmidt (ou constante). Corresponde ao número de Avogadro N A ≈ 6,02·10 23 .

O número de Avogadro é uma das constantes físicas importantes que desempenharam um papel importante no desenvolvimento das ciências naturais. Mas é uma "constante física universal (fundamental)"? O termo em si não é definido e geralmente está associado a uma tabela mais ou menos detalhada dos valores numéricos das constantes físicas que devem ser usadas na resolução de problemas. A este respeito, as constantes físicas fundamentais são muitas vezes consideradas aquelas quantidades que não são constantes da natureza e devem sua existência apenas ao sistema de unidades escolhido (como, por exemplo, as constantes magnéticas e elétricas do vácuo) ou acordos internacionais condicionais (como, por exemplo, exemplo, a unidade de massa atômica). O número de constantes fundamentais geralmente inclui muitas quantidades derivadas (por exemplo, a constante do gás R, o raio clássico do elétron r e = e 2 /m e c 2, etc.) ou, como no caso do volume molar, o valor de algum parâmetro físico relacionadas a condições experimentais específicas que são escolhidas apenas por razões de conveniência (pressão 1 atm e temperatura 273,15 K). Deste ponto de vista, o número de Avogadro é uma constante verdadeiramente fundamental.

Este livro é dedicado à história e ao desenvolvimento de métodos para determinar esse número. O épico durou cerca de 200 anos e em diferentes estágios foi associado a uma variedade de modelos físicos e teorias, muitos dos quais não perderam sua relevância até hoje. As mentes científicas mais brilhantes participaram dessa história - basta citar A. Avogadro, J. Loschmidt, J. Maxwell, J. Perrin, A. Einstein, M. Smoluchovsky. A lista poderia continuar e continuar...

O autor deve admitir que a ideia do livro não pertence a ele, mas a Lev Fedorovich Soloveichik, seu colega de classe no Instituto de Física e Tecnologia de Moscou, um homem que estava envolvido em pesquisa e desenvolvimento aplicado, mas permaneceu um romântico físico de coração. Esta é uma pessoa que (uma das poucas) continua “mesmo em nossa época cruel” a lutar por uma verdadeira educação física “superior” na Rússia, aprecia e, no melhor de sua capacidade, promove a beleza e a elegância das idéias físicas . Sabe-se que do enredo, que A. S. Pushkin apresentou a N. V. Gogol, surgiu uma comédia brilhante. Claro, este não é o caso aqui, mas talvez este livro também seja útil para alguém.

Este livro não é uma obra de "ciência popular", embora possa parecer à primeira vista. Ele discute a física séria contra algum contexto histórico, usa matemática séria e discute modelos científicos bastante complexos. Na verdade, o livro é composto por duas partes (nem sempre bem demarcadas), destinadas a diferentes leitores - alguns podem achar interessante do ponto de vista histórico e químico, enquanto outros podem se concentrar no lado físico e matemático do problema. O autor tinha em mente um leitor curioso - um estudante da Faculdade de Física ou Química, não alheio à matemática e apaixonado pela história da ciência. Existem alunos assim? O autor não sabe a resposta exata para essa pergunta, mas, com base em sua própria experiência, espera que sim.

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