Avogadros nummer:Det är åtminstone inte så svårt att komma ihåg som pi. Foto med tillstånd A. Loudermilk Vi ger dig en ledtråd:Det är inte 867-5309. Det är Jennys nummer, inte Avogadros. Du kommer inte heller att hitta dessa siffror inskrapade i markören på väggen i det offentliga badrummet. Du kommer, dock, upptäck det på sidorna i en vanlig kemibok:Det är 6.0221415 × 10 23 . Utskriven, det är 602, 214, 150, 000, 000, 000, 000, 000 [källa:Fox]. Kort tid? Kalla det bara en mullvad.
Precis som ett dussin är 12 saker, a mol är helt enkelt Avogadros antal saker. Inom kemi, dessa "saker" är atomer eller molekyler. I teorin, du kan ha en mol baseballs eller något annat, men med tanke på att en mol basebollar skulle täcka jorden till en höjd av flera hundra miles, du skulle vara hårt pressad för att hitta bra praktisk användning för en mol av något som är större än en molekyl [källa:Hill och Kolb]. Så om mullvad bara används för kemi, hur gick Amedeo Avogadro (fullständigt namn:Lorenzo Romano Amedeo Carlo Avogadro) och kemi?
Född i Italien 1776, Avogadro växte upp under en viktig period i utvecklingen av kemi. Kemister som John Dalton och Joseph Louis Gay-Lussac började förstå de grundläggande egenskaperna hos atomer och molekyler, och de diskuterade hett hur dessa oändligt små partiklar betedde sig. Gay-Lussac's lag om att kombinera volymer särskilt intresserad Avogadro. Lagen förklarade att när två volymer gaser reagerar med varandra för att skapa en tredje gas, förhållandet mellan reaktanternas volym och produktens volym består alltid av enkla heltal. Här är ett exempel:Två volymer vätgas kombineras med en volym syrgas för att bilda två volymer vattenånga (åtminstone när temperaturen är tillräckligt hög) med ingenting kvar, eller:
2H 2 + O 2 -> 2H 2 O
Tinker runt med konsekvenserna av denna lag, Avogadro drog slutsatsen att för att detta skulle vara sant, lika stora volymer av två gaser vid samma temperatur och tryck måste hålla lika många partiklar ( Avogadros lag ). Och det enda sättet att förklara att denna lag kan vara sann för alla exempel, inklusive den vi just nämnde, är om det var skillnad mellan atomer och molekyler och att vissa element, som syre, existerar faktiskt som molekyler (i syrefall, O 2 snarare än bara O) Beviljas, Avogadro hade inte ord som "molekyl" för att beskriva sin teori, och hans idéer mötte motstånd från John Dalton, bland andra. Det skulle krävas en annan kemist vid namnet Stanislao Cannizzaro för att få Avogadros idéer den uppmärksamhet de förtjänade. När dessa idéer fick grepp, Avogadro hade redan gått bort.
Så var passar Avogadros nummer in i detta? Eftersom Avogadros lag visade sig vara så avgörande för kemins framsteg, kemisten Jean Baptiste Perrin namngav numret till hans ära. Läs vidare för att se hur kemister bestämde Avogadros nummer och varför, även i dag, det är en så viktig del av kemin.
Hur i hela friden nådde kemisterna en sådan till synes godtycklig siffra för Avogadros nummer? För att förstå hur det härleddes, vi måste först ta itu med konceptet med atomenheten (amu). De atommassa definieras som 1/12 av massan av en atom kol-12 (den vanligaste kolvätgaren). Här är varför det är snyggt:Carbon-12 har sex protoner, sex elektroner och sex neutroner, och eftersom elektroner har mycket liten massa, 1/12 av massan av en kol-12 atom är mycket nära massan av en enda proton eller en enda neutron. Atomvikterna för elementen (de siffrorna du ser under elementen i det periodiska bordet) uttrycks också i termer av atomenheter. Till exempel, väte har, i genomsnitt, en atomvikt på 1,00794 amu.
Tyvärr, kemister har inte en skala som kan mäta atomenheter, och de har verkligen inte förmågan att mäta en enda atom eller molekyl åt gången för att utföra en reaktion. Eftersom olika atomer väger olika mängder, kemister var tvungna att hitta ett sätt att överbrygga klyftan mellan den osynliga världen av atomer och molekyler och den praktiska världen av kemilaboratorier fyllda med skalor som mäter i gram. För att göra detta, de skapade ett förhållande mellan atomenheten och gram, och det förhållandet ser ut så här:
1 amu =1/6,0221415 x 10 23 gram
Detta förhållande innebär att om vi hade Avogadros nummer, eller en mullvad, av kol-12 atomer (som har en atomvikt på 12 amu per definition), det provet av kol-12 skulle väga exakt 12 gram. Kemister använder detta förhållande för att enkelt konvertera mellan den mätbara enheten för ett gram och den osynliga molenheten, av atomer eller molekyler.
Nu när vi vet hur Avogadros nummer kommer till nytta, vi måste undersöka en sista fråga:Hur bestämde kemister i första hand hur många atomer som finns i en mullvad? Den första grova uppskattningen kom med tillstånd av fysikern Robert Millikan, som mätte laddningen av en elektron. Laddningen av en mol elektroner, kallade a Faraday , var redan känd när Millikan gjorde sin upptäckt.
Dela en Faraday med laddningen av en elektron, sedan, ger oss Avogadros nummer. Över tid, forskare har hittat nya och mer exakta sätt att uppskatta Avogadros antal, senast med hjälp av avancerade tekniker som att använda röntgenstrålar för att undersöka geometrin hos en 1 kilogram kiselsfär och extrapolera antalet atomer som den innehåller från dessa data. Och medan kilot är grunden för alla massenheter, vissa forskare vill börja använda Avogadros nummer istället, ungefär så som vi nu definierar en meters längd baserat på ljusets hastighet istället för tvärtom.
Muldagsdag:En dag efter en kemists hjärtaDu kommer antagligen inte att få ledigt från jobbet eller hitta ditt lokala apotek spolat med kort som firar tillfället, men Muldagen firas varje år av kemister över hela världen. Eftersom Avogadros nummer är 6.022 × 10 23 , det är bara meningsfullt att semestern börjar klockan 06:02 varje 23. oktober. Revelers berättar om kemiskämt, blåsa bubblor av naturgas som de tänder, toast med drycker kylda av torris och till och med recitera mullvadslöftet om lojalitet.
Ett särskilt tack till Meisa Salaita, allomfattande kemi whiz och Director for Education &Outreach, NSF Center for Chemical Evolution, för hennes hjälp med denna artikel.
Läs mer
