Число Авогадро: цікаві відомості

Зі шкільного курсу хімії нам відомо, що якщо взяти один моль якого-небудь речовини, то в ньому буде 6.02214084 (18) •10 ^ 23 атомів або інших структурних елементів (молекул, іонів і т.д.). Для зручності число Авогадро прийнято записувати в такому вигляді: 6.02 • 10 ^ 23.

Однак чому постійна Авогадро (українською мовою «стала Авогадро») дорівнює саме такому значенню? Відповідь на це питання в підручниках відсутня, а історики від хімії пропонують найрізноманітніші версії. Таке враження, що число Авогадро має якийсь таємний сенс. Адже є ж магічні числа, куди деякі відносять число «пі», числа Фібоначчі, сімку (на сході вісімку), 13 і т.д. Будемо боротися з інформаційним вакуумом. Про те, хто такий Амедео Авогадро, і чому в честь цього вченого крім сформульованого ним закону, знайденої константи був також названий кратер на Місяці, ми говорити не буде. Про це і без того написано безліч статей.

Якщо бути точним, Амедео Авогадро не займався підрахунками молекул або атомів в якомусь певному обсязі. Першим, хто спробував з'ясувати, скільки молекул газу міститься в заданому обсязі при однаковому тиску і температурі, був Йозеф Лошмідт, а було це в 1865 році. В результаті своїх експериментів Лошмідт прийшов до висновку, що в одному кубічному сантиметрі будь-якого газу в звичайних умовах знаходиться 2.68675 • 10 ^ 19 молекул.

Згодом було винайдено велика кількість незалежних способів того, як можна визначити число Авогадро і оскільки результати в більшій частині збігалися, то це зайвий раз говорило на користь дійсного існування молекул. На даний момент число методів перевалило за 60, але в останні роки вчені намагаються ще більше підвищити точність оцінки, щоб ввести нове визначення терміна «кілограм». Поки що кілограм зіставляється з обраним матеріальним еталоном без будь-якого фундаментального визначення.

Однак повернемося до нашого питання - чому дана константа дорівнює 6.022 • 10 ^ 23?

У хімії, в 1973 р, для зручності в розрахунках було запропоновано ввести таке поняття як «кількість речовини». Основною одиницею для вимірювання кількості став моль. Згідно з рекомендаціями IUPAC, кількість будь-якої речовини пропорційно числу його конкретних елементарних частинок. Коефіцієнт пропорційності не залежить від типу речовини, а число Авогадро є його зворотною величиною.

Для наочності візьмемо який-небудь приклад. Як відомо з визначення атомної одиниці маси, 1 а.е.м. відповідає однієї дванадцятої від маси одного атома вуглецю 12С і становить 1.66053878•10 ^ (- 24) грама. Якщо помножити 1 а.е.м. на константу Авогадро, то вийде 1.000 г / моль. Тепер візьмемо який-небудь хімічний елемент, скажімо, берилій. Згідно таблиці маса одного атома берилію становить 9.01 а.е.м. Порахуємо чому дорівнює один моль атомів цього елемента:

6.02 х 10 ^ 23 моль-1 * 1.66053878х10 ^ (- 24) грам * 9.01 = 9,01 грам / моль.

Таким чином, виходить, що молярна маса чисельно збігається з атомної.

Постійна Авогадро була спеціально обрана так, щоб молярна маса відповідала атомної або безрозмірною величиною - відносної молекулярної (Атомної) маси. Можна сказати, що число Авогадро зобов'язане своїй появі, з одного боку, атомної одиниці маси, а з іншого - загальноприйнятої одиниці для порівняння маси - граму.