Hvad er Avogadros -nummer?

Vi giver dig et tip:Det er ikke 867-5309. Det er Jennys nummer, ikke Avogadros. Du kommer heller ikke til at finde disse cifre scrawled i markør på væggen i det offentlige badeværelse. Du vil, imidlertid, opdag det på siderne i en standard kemibog:Det er 6.0221415 × 10 ²³ . Skrevet ud, det er 602, 214, 150, 000, 000, 000, 000, 000 [kilde:Fox]. Kort tid? Kald det bare en muldvarp.

Ligesom et dusin er 12 ting, -en muldvarp er simpelthen Avogadros antal ting. I kemi, disse "ting" er atomer eller molekyler. I teorien, du kunne have en muldvarp med baseballs eller noget andet, men i betragtning af at en mol baseballs ville dække jorden til en højde på flere hundrede miles, du ville være hårdt presset til at finde god praktisk brug for en muldvarp af noget større end et molekyle [kilde:Hill og Kolb]. Så hvis muldvarpen kun bruges til kemi, hvordan krydsede Amedeo Avogadro (fuldt navn:Lorenzo Romano Amedeo Carlo Avogadro) og kemi?

Født i Italien i 1776, Avogadro voksede op i en vigtig periode i udviklingen af ​​kemi. Kemikere som John Dalton og Joseph Louis Gay-Lussac begyndte at forstå de grundlæggende egenskaber ved atomer og molekyler, og de diskuterede stærkt, hvordan disse uendeligt små partikler opførte sig. Gay-Lussac's lov om at kombinere mængder især interesseret Avogadro. Loven fastslog, at når to mængder gasser reagerer med hinanden for at skabe en tredje gas, forholdet mellem reaktanternes volumen og produktets volumen er altid lavet af simple hele tal. Her er et eksempel:To mængder hydrogengas kombineres med et volumen iltgas for at danne to volumener vanddamp (i hvert fald når temperaturen er høj nok) uden noget til overs, eller:

2H ₂ + O ₂ -> 2H ₂ O

Tinker rundt med konsekvenserne af denne lov, Avogadro udledte, at for at dette var sandt, lige store mængder af to gasser ved samme temperatur og tryk skal indeholde et lige stort antal partikler ( Avogadros lov ). Og den eneste måde at forklare, at denne lov kan være sand for ethvert eksempel, inklusive den, vi lige har nævnt, er hvis der var en forskel mellem atomer og molekyler, og at nogle grundstoffer, som ilt, eksisterer faktisk som molekyler (i iltens tilfælde, O ₂ snarere end blot O) Bevilget, Avogadro havde ikke ord som "molekyle" til at beskrive sin teori, og hans ideer mødte modstand fra John Dalton, blandt andre. Det ville kræve en anden kemiker ved navn Stanislao Cannizzaro at bringe Avogadros ideer den opmærksomhed, de fortjente. Da disse ideer fik indpas, Avogadro var allerede død.

Så hvor passer Avogadros nummer ind i dette? Fordi Avogadros lov viste sig så kritisk for kemiens fremskridt, kemiker Jean Baptiste Perrin navngav nummeret til hans ære. Læs videre for at se, hvordan kemikere bestemte Avogadros nummer, og hvorfor, selv i dag, det er en så vigtig del af kemi.

Avogadros nummer i praksis

Hvordan i alverden fandt kemikere sig til en sådan tilsyneladende vilkårlig figur for Avogadros nummer? For at forstå, hvordan det blev afledt, vi skal først tackle konceptet med atommassenheden (amu). Det atommassenhed er defineret som 1/12 af massen af ​​et atom carbon-12 (den mest almindelige isotop af kulstof). Her er hvorfor det er pænt:Carbon-12 har seks protoner, seks elektroner og seks neutroner, og fordi elektroner har meget lidt masse, 1/12 af massen af ​​et carbon-12 atom er meget tæt på massen af ​​en enkelt proton eller en enkelt neutron. Elementernes atomvægte (de tal, du ser under elementerne i det periodiske system) udtrykkes også i form af atommassenheder. For eksempel, brint har, gennemsnitlig, en atomvægt på 1,00794 amu.

Desværre, kemikere har ikke en skala, der kan måle atommassenheder, og de har bestemt ikke evnen til at måle et enkelt atom eller molekyle ad gangen for at udføre en reaktion. Da forskellige atomer vejer forskellige mængder, kemikere måtte finde en måde at bygge bro over kløften mellem den usynlige verden af ​​atomer og molekyler og den praktiske verden af ​​kemilaboratorier fyldt med skalaer, der måler i gram. For at gøre dette, de skabte et forhold mellem atommassenheden og grammet, og forholdet ser sådan ud:

1 amu =1/6,0221415 x 10 ²³ gram

Dette forhold betyder, at hvis vi havde Avogadros nummer, eller en muldvarp, af carbon-12 atomer (som per definition har en atomvægt på 12 amu), den prøve af carbon-12 ville veje nøjagtigt 12 gram. Kemikere bruger dette forhold til let at konvertere mellem den målbare enhed på et gram og den usynlige molenhed, af atomer eller molekyler.

Nu hvor vi ved, hvordan Avogadros nummer er praktisk, vi er nødt til at undersøge et sidste spørgsmål:Hvordan bestemte kemikere i første omgang, hvor mange atomer der er i en muldvarp? Det første grove skøn kom med tilladelse fra fysikeren Robert Millikan, der målte ladningen af ​​en elektron. Ladningen af ​​en mol elektroner, kaldet a Faraday , var allerede kendt, da Millikan fandt sin opdagelse.

Opdeling af en Faraday med ladningen af ​​en elektron, derefter, giver os Avogadros nummer. Over tid, forskere har fundet nye og mere præcise måder at estimere Avogadros antal på, senest ved hjælp af avancerede teknikker som f.eks. at bruge røntgenstråler til at undersøge geometrien i en 1 kg kugle silicium og ekstrapolere antallet af atomer, den indeholdt fra disse data. Og selvom kilogrammet er grundlaget for alle masseenheder, nogle forskere vil i stedet begynde at bruge Avogadros nummer, meget den måde, vi nu definerer længden på en meter baseret på lysets hastighed i stedet for omvendt.

Du får sandsynligvis ikke fri fra arbejde eller finder dit lokale apotek skyllet med kort, der fejrer lejligheden, men muldvarpedag fejres hvert år af kemikere over hele verden. Da Avogadros nummer er 6.022 × 10 ²³ , det giver kun mening, at ferien starter kl. 06:02 hver 23. oktober. Revelers fortæller kemi -vittigheder, blæse bobler af naturgas, som de sætter i brand, toast med drikkevarer nedkølet af tøris og endda recitere muldvarpens løfte om troskab.

Særlig tak til Meisa Salaita, all-round kemi whiz og direktøren for Education &Outreach, NSF Center for Kemisk Evolution, for hendes hjælp med denne artikel.

Masser mere information

relaterede artikler

• Sådan fungerer det periodiske system
• Sådan fungerer Faraday -burene
• The Fabulous Faraday Cage Quiz
• Hvordan ændrede Nikola Tesla den måde, vi bruger energi på?
• 10 forskere, der var deres egne marsvin
• 5 kvindelige forskere, du bør kende

Flere store links

• National Mole Day Foundation
• Chemistry Heritage Foundation Interactive Periodic Table
• CliffsNotes Quiz:Avogadros lov

Kilder

• Blamire, John. "Amedeo Avogadro." Brooklyn College. 2001. (2. oktober, 2011) http://www.brooklyn.cuny.edu/bc/ahp/FonF/Avogadro.html
• Bodner, George M. "Hvordan blev Avogadros nummer bestemt?" 16. februar kl. 2004. (2. oktober, 2011) http://www.scientificamerican.com/article.cfm?id=how-was-avogadros-number
• Chemical Heritage Foundation. "Amedeo Avogadro." 2010. (2. oktober, 2011) http://www.chemheritage.org/discover/chemistry-in-history/themes/the-path-to-the-periodic-table/avogadro.aspx#
• Farabee, M. J. "Kemi 1:Atomer og molekyler." Estrella Mountain Community College. 18. maj kl. 2010. (2. oktober, 2011) http://www.emc.maricopa.edu/faculty/farabee/biobk/BioBookCHEM1.html
• Ræv, Ronald. Bakke, Theodore. "En nøjagtig værdi for Avogadros nummer." Amerikansk videnskabsmand. (2. oktober, 2011) http://www.americanscientist.org/issues/pub/an-exact-value-for-avogadros-number/2
• Bakke, John W. og Doris K. Kolb. "Kemi til skiftende tider." Pearson Prentice Hall. 2004.
• Keats, Jonathon. "Søgningen efter et mere perfekt kilo." Kablet. 27. september kl. 2011. (2. oktober, 2011) http://www.wired.com/magazine/2011/09/ff_kilogram/
• Penn State. "Muldvarpen." (2. oktober, 2011) http://chemistry.bd.psu.edu/jircitano/mole.html
• Purdue Universitet. "Definition af vilkår." (2. oktober, 2011) http://chemed.chem.purdue.edu/genchem/topicreview/bp/ch3/massmol.html
• Purdue Universitet. "Amadeo Avogadro." (2. oktober, 2011) http://chemed.chem.purdue.edu/genchem/history/avogadrohyp.html
• Rowlett, Russ. "Hvor mange? En ordbog over måleenheder." University of North Carolina ved Chapel Hill. 3. december, 20008. (2. oktober, 2011) http://www.unc.edu/~rowlett/units/dictA.html
• Stodola, Nathan. "Muldvarpe -siden." Union College. 11. marts, 2004. (2. oktober, 2011) http://web.vu.union.edu/~stodolan/mole.html
• Tennessee Tech University. "Nogle noter om Avogadros nummer, 6,023 x 1023. "(2. oktober, 2011) http://iweb.tntech.edu/chem281-tf/avogadro.htm
• Sundhedsstyrelsen, Sikkerhed og sikkerhed. "Hvad er atomnummer og atomvægt?" (2. oktober, 2011) http://www.hss.energy.gov/healthsafety/ohre/roadmap/achre/intro_9_3.html
• University of California, Davis. "Atommasse." 12. august kl. 2011. (2. oktober, 2011) http://chemwiki.ucdavis.edu/Physical_Chemistry/Atomic_Theory/Atomic_Mass