Число Авогадро

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

Значение числа Авогадро, рекомендованное CODATA в 2010 году ^[2]:

N_A = 6,022 141 29(27)·10²³ моль⁻¹.

В начале 2011 года опубликованы^[3] (но официально пока не приняты) ещё более точные измерения числа Авогадро: N_A = 6,022 140 78(18)·10²³ моль⁻¹.

Моль — количество вещества, которое содержит N_A 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. Так, 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, как и 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^[4] определить моль в будущей версии СИ таким образом, чтобы избежать его привязки к массе; при этом число Авогадро будет определено как точная целая константа, близкая к последнему значению, рекомендованному CODATA.

Закон Авогадро

Основная статья: Закон Авогадро

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

Данные в этой статье приведены по состоянию на декабрь 2011 года. Вы можете помочь, обновив информацию в статье.

Официально принятое на сегодня значение числа Авогадро было измерено в 2010 году. Для этого использовались две сферы, сделанные 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[5].

Однако в январе 2011 года были опубликованы^[3] результаты новых измерений, считающиеся более точными: N_A = 6,02214078(18)·10²³ моль⁻¹.

На 24-й Генеральной конференции по мерам и весам 17—21 октября 2011 года была единогласно принята резолюция^[4], в которой, в частности, предложено в будущей ревизии Международной системы единиц 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^[6]. 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

• Через произведение постоянной Больцмана на число Авогадро выражается Универсальная газовая постоянная, R=kN_A.
• Через произведение элементарного электрического заряда на число Авогадро выражается постоянная Фарадея, F=eN_A.

См. также

• Универсальная газовая постоянная
• Постоянная Больцмана
• Уравнение состояния идеального газа
• Молярный объём газа

Примечания

1. ↑ http://www.iupac.org/publications/books/gbook/green_book_2ed.pdf
2. ↑ CODATA Value: Avogadro constant
3. ↑ ^{1 2} B. Andreas et al., Determination of the Avogadro Constant by Counting the Atoms in a ²⁸Si Crystal, Phys. Rev. Lett. 106, 2011, 030801
4. ↑ ^{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).
5. ↑ Физики уточнили число Авогадро для будущего эталона килограмма  (рус.). РИА Новости (20 октября 2010). Архивировано из первоисточника 28 августа 2011. Проверено 20 октября 2010.
6. ↑ Agreement to tie kilogram and friends to fundamentals - physics-math - 25 October 2011 - New Scientist

Литература

• Число Авогадро // Большая советская энциклопедия