science >> Wetenschap > >> Fysica

Wat is het Avogadros-nummer?

Avogadro's nummer:Het is in ieder geval niet zo moeilijk te onthouden als pi. Foto met dank aan A. Loudermilk

We geven je een hint:het is geen 867-5309. Dat is Jenny's nummer, niet die van Avogadro. Je zult deze cijfers ook niet vinden die in een stift op de muur van de openbare badkamer zijn gekrabbeld. Jij zal, echter, ontdek het op de pagina's van een standaard scheikundeboek:het is 6.0221415 × 10 ²³ . Uitgeschreven, dat is 602, 214, 150, 000, 000, 000, 000, 000 [bron:Fox]. Weinig tijd? Noem het maar een mol.

Net zoals een dozijn 12 dingen is, een wrat is gewoon het aantal dingen van Avogadro. In de chemie, die "dingen" zijn atomen of moleculen. In theorie, je zou een mol honkbal kunnen hebben of iets anders, maar aangezien een mol honkballen de aarde zou bedekken tot een hoogte van enkele honderden mijlen, je zou het moeilijk hebben om een goed praktisch gebruik te vinden voor een mol van iets dat groter is dan een molecuul [bron:Hill en Kolb]. Dus als de mol alleen voor scheikunde wordt gebruikt, hoe kruisten Amedeo Avogadro (volledige naam:Lorenzo Romano Amedeo Carlo Avogadro) en chemie elkaars pad?

Geboren in Italië in 1776, Avogadro groeide op tijdens een belangrijke periode in de ontwikkeling van de chemie. Chemici als John Dalton en Joseph Louis Gay-Lussac begonnen de basiseigenschappen van atomen en moleculen te begrijpen, en ze discussieerden fel hoe deze oneindig kleine deeltjes zich gedroegen. Gay-Lussac's wet van het combineren van volumes bijzonder geïnteresseerde Avogadro. De wet stelde dat wanneer twee volumes gassen met elkaar reageren om een derde gas te creëren, de verhouding tussen het volume van de reactanten en het volume van het product is altijd gemaakt van eenvoudige gehele getallen. Hier is een voorbeeld:twee volumes waterstofgas worden gecombineerd met één volume zuurstofgas om twee volumes waterdamp te vormen (tenminste als de temperatuur hoog genoeg is) zonder dat er iets overblijft, of:

2H ₂ + O ₂ --> 2H ₂ O

Knutselen met de implicaties van deze wet, Avogadro concludeerde dat om dit waar te maken, gelijke volumes van twee gassen bij dezelfde temperatuur en druk moeten een gelijk aantal deeltjes bevatten ( Wet van Avogadro ). En de enige manier om uit te leggen dat deze wet voor elk voorbeeld waar kan zijn, inclusief degene die we net noemden, is als er een verschil was tussen atomen en moleculen en dat sommige elementen, zoals zuurstof, bestaan feitelijk als moleculen (in het geval van zuurstof, O ₂ in plaats van gewoon O) Toegegeven, Avogadro had geen woorden als 'molecuul' om zijn theorie te beschrijven, en zijn ideeën stuitten op weerstand van John Dalton, onder andere. Er zou nog een scheikundige nodig zijn, Stanislao Cannizzaro genaamd, om de ideeën van Avogadro de aandacht te geven die ze verdienden. Tegen de tijd dat die ideeën aan populariteit wonnen, Avogadro was al overleden.

Dus waar past het nummer van Avogadro hierin? Omdat de wet van Avogadro zo cruciaal bleek voor de vooruitgang van de chemie, chemicus Jean Baptiste Perrin noemde het nummer ter ere van hem. Lees verder om te zien hoe scheikundigen het getal van Avogadro bepaalden en waarom, zelfs vandaag, het is zo'n belangrijk onderdeel van de chemie.

Avogadro's nummer in de praktijk

Hoe kwamen scheikundigen in vredesnaam tot zo'n schijnbaar willekeurig getal voor het getal van Avogadro? Om te begrijpen hoe het is afgeleid, we moeten eerst het concept van de atomaire massa-eenheid (amu) aanpakken. De atomaire massa-eenheid: wordt gedefinieerd als 1/12 van de massa van één atoom koolstof-12 (de meest voorkomende isotoop van koolstof). Dit is waarom dat netjes is:Carbon-12 heeft zes protonen, zes elektronen en zes neutronen, en omdat elektronen heel weinig massa hebben, 1/12 van de massa van één koolstof-12-atoom ligt heel dicht bij de massa van een enkel proton of een enkel neutron. De atoomgewichten van elementen (de getallen die je onder de elementen op het periodiek systeem ziet) worden ook uitgedrukt in atomaire massa-eenheden. Bijvoorbeeld, waterstof heeft, gemiddeld, een atoomgewicht van 1.00794 amu.

Helaas, scheikundigen hebben geen schaal die atomaire massa-eenheden kan meten, en ze hebben zeker niet het vermogen om een enkel atoom of molecuul tegelijk te meten om een reactie uit te voeren. Omdat verschillende atomen verschillende hoeveelheden wegen, scheikundigen moesten een manier vinden om de kloof te overbruggen tussen de onzichtbare wereld van atomen en moleculen en de praktische wereld van scheikundige laboratoria gevuld met weegschalen die in grammen meten. Om dit te doen, ze creëerden een relatie tussen de atomaire massa-eenheid en de gram, en die relatie ziet er als volgt uit:

1 amu =1/6.0221415 x 10 ²³ gram

Deze relatie betekent dat als we het nummer van Avogadro hadden, of een mol, van koolstof-12-atomen (die per definitie een atoomgewicht van 12 amu heeft), dat monster van koolstof-12 zou precies 12 gram wegen. Chemici gebruiken deze relatie om gemakkelijk te converteren tussen de meetbare eenheid van een gram en de onzichtbare eenheid van mol, van atomen of moleculen.

Nu we weten hoe het nummer van Avogadro van pas komt, we moeten nog een laatste vraag onderzoeken:hoe hebben scheikundigen in de eerste plaats bepaald hoeveel atomen er in een mol zitten? De eerste ruwe schatting kwam met dank aan natuurkundige Robert Millikan, die de lading van een elektron heeft gemeten. De lading van een mol elektronen, genaamd a Faraday , was al bekend tegen de tijd dat Millikan zijn ontdekking deed.

Een Faraday delen door de lading van een elektron, dan, geeft ons het nummer van Avogadro. Overuren, wetenschappers hebben nieuwe en nauwkeurigere manieren gevonden om het getal van Avogadro te schatten, meest recentelijk met behulp van geavanceerde technieken zoals het gebruik van röntgenstralen om de geometrie van een siliciumbol van 1 kilogram te onderzoeken en het aantal atomen dat het bevatte uit die gegevens te extrapoleren. En terwijl de kilogram de basis is voor alle eenheden van massa, sommige wetenschappers willen in plaats daarvan het getal van Avogadro gaan gebruiken, ongeveer zoals we nu de lengte van een meter definiëren op basis van de lichtsnelheid in plaats van andersom.

Molendag:een dag naar het hart van een chemicus

U krijgt waarschijnlijk geen vrije dag of vindt uw plaatselijke drogisterij niet vol met kaarten om de gelegenheid te vieren, maar Mole Day wordt elk jaar gevierd door chemici over de hele wereld. Aangezien het getal van Avogadro 6.022 × 10 . is ²³ , het is alleen maar logisch dat de vakantie elke 23 oktober om 06:02 begint. Feestvierders vertellen scheikundegrappen, gasbellen blazen die ze in brand steken, toast met drankjes gekoeld door droogijs en zeg zelfs de molelofte van trouw.

Speciale dank aan Meisa Salaita, allround scheikundekenner en de directeur van Education &Outreach, NSF Centrum voor Chemische Evolutie, voor haar hulp bij dit artikel.

Lees verder

Veel meer informatie

Meer geweldige links

Stichting Nationale Molendag
Chemie Heritage Foundation Interactief periodiek systeem
CliffsNotes-quiz:de wet van Avogadro

bronnen

Blamir, John. "Amedeo Avogadro." Brooklyn College. 2001. (2 oktober, 2011) http://www.brooklyn.cuny.edu/bc/ahp/FonF/Avogadro.html
Boden, George M. "Hoe werd het aantal van Avogadro bepaald?" 16 februari 2004. (2 oktober, 2011) http://www.scientificamerican.com/article.cfm?id=how-was-avogadros-number
Stichting Chemisch Erfgoed. "Amedeo Avogadro." 2010. (2 oktober, 2011) http://www.chemheritage.org/discover/chemistry-in-history/themes/the-path-to-the-periodic-table/avogadro.aspx#
Farabee, MJ "Chemie 1:Atomen en moleculen." Estrella Mountain Community College. 18 mei 2010. (2 oktober, 2011) http://www.emc.maricopa.edu/faculty/farabee/biobk/BioBookCHEM1.html
Vos, Ronald. Heuvel, Theodorus. "Een exacte waarde voor het getal van Avogadro." Amerikaanse wetenschapper. (2 okt., 2011) http://www.americanscientist.org/issues/pub/an-exact-value-for-avogadros-number/2
Heuvel, John W. en Doris K. Kolb. "Chemie voor veranderende tijden." Pearson Prentice Hall. 2004.
Keats, Jonatan. "De zoektocht naar een meer perfecte kilogram." Bedrade. 27 september 2011. (2 okt. 2011) http://www.wired.com/magazine/2011/09/ff_kilogram/
Penn State. "De Mol." (2 okt., 2011) http://chemistry.bd.psu.edu/jircitano/mole.html
Purdue universiteit. "Definitie van termen." (2 okt., 2011) http://chemed.chem.purdue.edu/genchem/topicreview/bp/ch3/massmol.html
Purdue universiteit. "Amadeo Avogadro." (2 okt., 2011) http://chemed.chem.purdue.edu/genchem/history/avogadrohyp.html
Rowlett, Rus. "Hoeveel? Een woordenboek van meeteenheden." Universiteit van North Carolina in Chapel Hill. 3 december 20008. (2 oktober, 2011) http://www.unc.edu/~rowlett/units/dictA.html
Stodola, Natan. "De Mol-pagina." Unie College. 11 maart, 2004. (2 oktober, 2011) http://web.vu.union.edu/~stodolan/mole.html
Tennessee Tech-universiteit. "Enkele opmerkingen over het nummer van Avogadro, 6.023 x 1023." (2 okt. 2011) http://iweb.tntech.edu/chem281-tf/avogadro.htm
Het gezondheidsbureau, Veiligheid en beveiliging. "Wat zijn atoomnummer en atoomgewicht?" (2 okt., 2011) http://www.hss.energy.gov/healthsafety/ohre/roadmap/achre/intro_9_3.html
Universiteit van Californië, Davy. "Atoom massa." 12 aug. 2011. (2 okt. 2011) http://chemwiki.ucdavis.edu/Physical_Chemistry/Atomic_Theory/Atomic_Mass