Число Авогадро

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск

Число́ Авога́дро, конста́нта Авогадро, постоянная Авогадро — физическая величина, численно равная количеству специфицированных структурных единиц (атомов, молекул[1], ионов, электронов или любых других частиц) в 1 моле вещества[2]. Определяется как количество атомов в 12 граммах (точно) чистого изотопа углерода-12. Обозначается обычно как NA[3], реже как L [4].

Значение числа Авогадро, рекомендованное CODATA в 2010 году, составляло:

NA = 6,022 141 29(27)·1023 моль−1.

Значение числа Авогадро, рекомендованное CODATA в 2014 году[5]:

NA = 6,022 140 857(74)·1023 моль−1.

Моль — количество вещества, которое содержит NA структурных элементов (то есть столько же, сколько атомов содержится в 12 г 12С), причём структурными элементами обычно являются атомы, молекулы, ионы и др. Масса 1 моля вещества (молярная масса), выраженная в граммах, численно равна его молекулярной массе, выраженной в атомных единицах массы. Например:

  • 1 моль натрия имеет массу 22,9898 г и содержит примерно 6,02·1023 атомов
  • 1 моль фторида кальция CaF2 имеет массу (40,08 + 2×18,998) = 78,076 г и содержит 6,02·1023 молекул
  • 1 моль тетрахлорида углерода CCl4, масса которого равна (12,011 + 4×35,453) = 153,823 г
  • и т. п.

В конце 2011 года на XXIV Генеральной конференции по мерам и весам единогласно принято предложение[6] определить моль в будущей версии Международной системы единиц (СИ) таким образом, чтобы избежать его привязки к определению килограмма. Предполагается, что моль в 2018 году будет определён на основе числа Авогадро, которому будет приписано точное (без погрешности) значение, базирующееся на результатах измерений, рекомендованных CODATA. В настоящее время (2015) число Авогадро пока является измеряемой (а не принимаемой по определению) величиной. В 2015 году из наиболее прецизионных измерений получено рекомендованное значение числа Авогадро NA = 6,022 140 82(11)·1023 моль−1, полученное в результате усреднения результатов различных измерений[7][8][9].

Закон Авогадро[править | править вики-текст]

На заре развития атомной теории (1811) А. Авогадро выдвинул гипотезу, согласно которой при одинаковых температуре и давлении в равных объёмах идеальных газов содержится одинаковое число молекул. Позже было показано, что эта гипотеза есть необходимое следствие кинетической теории, и сейчас она известна как закон Авогадро. Его можно сформулировать так: один моль любого газа при одинаковых температуре и давлении занимает один и тот же объем, при нормальных условиях равный 22,41383 л. Эта величина известна как молярный объем газа.

Сам Авогадро не делал оценок числа молекул в заданном объёме, но понимал, что это очень большая величина. Первую попытку найти число молекул, занимающих данный объем, предпринял в 1865 году Й. Лошмидт. Из вычислений Лошмидта следовало, что для воздуха количество молекул на единицу объёма составляет 1,81·1018 см−3, что примерно в 15 раз меньше истинного значения. Через 8 лет Максвелл привёл гораздо более близкую к истине оценку «около 19 миллионов миллионов миллионов» молекул на кубический сантиметр, или 1,9·1019 см−3. В действительности в 1 см³ идеального газа при нормальных условиях содержится 2,68675·1019 молекул. Эта величина была названа числом (или постоянной) Лошмидта. С тех пор было разработано большое число независимых методов определения числа Авогадро. Превосходное совпадение полученных значений является убедительным свидетельством реального количества молекул.

Измерение константы[править | править вики-текст]

Один из оптиков австралийского ACPO держит однокилограммовый монокристалический шар из кремния для проекта International Avogadro Coordination.

Официально принятое в 2010 году значение числа Авогадро было измерено при использовании двух сфер, изготовленных из кремния-28. Сферы были получены в Институте кристаллографии имени Лейбница и отполированы в австралийском Центре высокоточной оптики настолько гладко, что высоты выступов на их поверхности не превышали 98 нм. Для их производства был использован высокочистый кремний-28, выделенный в нижегородском Институте химии высокочистых веществ РАН из высокообогащённого по кремнию-28 тетрафторида кремния, полученного в Центральном конструкторском бюро машиностроения в Санкт-Петербурге.

Располагая такими практически идеальными объектами, можно с высокой точностью подсчитать число атомов кремния в шаре и тем самым определить число Авогадро. Согласно полученным результатам, оно равно 6,02214084(18)×1023 моль−1[10].

Однако в январе 2011 года были опубликованы результаты новых измерений, считающиеся более точными[11]: NA = 6,02214078(18)·1023 моль−1.

На 24-й Генеральной конференции по мерам и весам 17—21 октября 2011 года была единогласно принята резолюция[6], в которой, в частности, предложено в будущей ревизии СИ переопределить моль таким образом, чтобы число Авогадро было равным точно 6,02214X·1023 моль−1, где Х заменяет одну или более значащих цифр, которые будут определены в окончательном релизе на основании наиболее точных рекомендаций CODATA[12]. В этой же резолюции предложено таким же образом определить как точные значения постоянную Планка, элементарный заряд, постоянную Больцмана и максимальную световую эффективность монохроматического излучения для дневного зрения.

Связь между константами[править | править вики-текст]

См. также[править | править вики-текст]

Примечания[править | править вики-текст]

  1. Ранее выводилось как количество молекул в грамм-молекуле или атомов в грамм-атоме.
  2. Авогадро постоянная // Физическая энциклопедия / Гл. ред. А. М. Прохоров. — М.: Советская энциклопедия, 1988. — Т. 1. — С. 11. — 704 с. — 100 000 экз.
  3. в отличие от N, обозначающее количество частиц (англ. Particle number)
  4. http://www.iupac.org/publications/books/gbook/green_book_2ed.pdf
  5. CODATA Value: Avogadro constant
  6. 1 2 On the possible future revision of the International System of Units, the SI. Resolution 1 of the 24th meeting of the CGPM (2011).
  7. Точная оценка числа Авогадро поможет дать новое определение килограмма : Наука: Наука и техника: Lenta.ru
  8. The Correlation of the NA Measurements by Counting 28Si Atoms
  9. More Precise Estimate of Avogadro's Number to Help Redefine Kilogram | American Institute of Physics
  10. Физики уточнили число Авогадро для будущего эталона килограмма (рус.). РИА Новости (20 октября 2010). Проверено 20 октября 2010. Архивировано из первоисточника 28 августа 2011.
  11. B. Andreas et al., Determination of the Avogadro Constant by Counting the Atoms in a 28Si Crystal, Phys. Rev. Lett. 106, 2011, 030801
  12. Agreement to tie kilogram and friends to fundamentals - physics-math - 25 October 2011 - New Scientist

Литература[править | править вики-текст]