El número de Avogadro

El número de Avogadro , la constante de Avogadro, la constante de Avogadro  es una cantidad física numéricamente igual al número de unidades estructurales especificadas ( átomos , moléculas [1] , iones , electrones o cualquier otra partícula) en 1 mol de una sustancia [2] . Previamente definido como el número de átomos en 12 gramos (exactamente) del isótopo puro de carbono-12 . Por lo general, se denota como N A [3] y, a veces, L [4] .

La constante de Avogadro en el Sistema Internacional de Unidades ( SI ) de acuerdo con los cambios en las definiciones de las unidades básicas del SI es un número entero exactamente igual a

A veces en la literatura se hace una distinción entre la constante de Avogadro N A , que tiene la dimensión mol −1 , y el entero adimensional Avogadro A [5] [K 1] numéricamente igual a ella .

Un mol  es la cantidad de una sustancia que contiene N A elementos estructurales (es decir, tantos como átomos hay en 12 g 12 C, según la antigua definición), y los elementos estructurales suelen ser átomos, moléculas, iones, etc. La masa de 1 mol de una sustancia ( masa molar ), expresada en gramos, es numéricamente igual a su peso molecular , expresado en unidades de masa atómica . Por ejemplo:

• 1 mol de sodio tiene una masa de 22,9898 g y contiene aproximadamente 6,02⋅10 23 átomos ;
• 1 mol de fluoruro de calcio CaF 2 tiene una masa de (40,08 + 2 18,998) = 78,076 g y contiene 6,02⋅10 23 iones de calcio y 12,04⋅10 23 iones de flúor ;
• 1 mol de tetracloruro de carbono CCl 4 tiene una masa de (12,011 + 4 35,453) = 153,823 gy contiene 6,02⋅10 23 moléculas de tetracloruro de carbono;
• etc.

A fines de 2011, en la XXIV Conferencia General de Pesos y Medidas , se adoptó por unanimidad [7] una propuesta para definir el mol en la futura versión del Sistema Internacional de Unidades (SI) de tal forma que se evite su vinculación . a la definición del kilogramo . Se supuso que el mol en 2018 se determinará en base al número de Avogadro, al que se le asignará un valor exacto sin error, en base a los resultados de medición recomendados por CODATA . Hasta el 20 de mayo de 2019, el número de Avogadro era una cantidad medible, no aceptada por definición. En 2015, a partir de las mediciones más precisas, se obtuvo el valor recomendado del número de Avogadro N A = 6.022 140 82(11)⋅10 23 mol −1 , obtenido promediando los resultados de varias mediciones [8] [9] [10 ] .

Ley de Avogadro

En los albores del desarrollo de la teoría atómica ( 1811 ) , A. Avogadro planteó una hipótesis según la cual, a la misma temperatura y presión, volúmenes iguales de gases ideales contienen el mismo número de moléculas. Más tarde se demostró que esta hipótesis era una consecuencia necesaria de la teoría cinética y ahora se conoce como la ley de Avogadro. Se puede formular de la siguiente manera: un mol de cualquier gas a la misma temperatura y presión ocupa el mismo volumen, en condiciones normales igual a 22,41383  litros . Esta cantidad se conoce como el volumen molar del gas .

Historia de la medición constante

El mismo Avogadro no hizo estimaciones del número de moléculas en un volumen dado, pero entendió que este es un valor muy grande. El primer intento de encontrar el número de moléculas que ocupan un volumen dado lo hizo en 1865 Josef Loschmidt . De los cálculos de Loschmidt se deduce que, para el aire, el número de moléculas por unidad de volumen es 1,81⋅10 18 cm −3 , que es unas 15 veces menor que el valor real. Después de 8 años, Maxwell dio una estimación mucho más cercana de "alrededor de 19 millones de millones de millones" de moléculas por centímetro cúbico, o 1,9⋅10 19 cm −3 . Calculó que el número de Avogadro era aproximadamente .

De hecho, 1 cm³ de un gas ideal en condiciones normales contiene 2,68675⋅10 19 moléculas . Esta cantidad se ha llamado número de Loschmidt (o constante) . Desde entonces, se han desarrollado una gran cantidad de métodos independientes para determinar el número de Avogadro. La excelente concordancia de los valores obtenidos es una prueba convincente del número real de moléculas.

En 1908, Perrin da una estimación aceptable calculada a partir de los parámetros del movimiento browniano .

Estimaciones modernas

Adoptado oficialmente en 2010, el valor del número de Avogadro se midió usando dos esferas hechas de un solo cristal de silicio-28 , cultivado por el método Czochralski . Las esferas se mecanizaron en el Instituto Leibniz de Cristalografía y se pulieron en el Centro Australiano de Óptica de Alta Precisión con tanta suavidad que, con un diámetro de unos 93,75 mm, las alturas de las protuberancias en su superficie no superaban los 98 nm ; las coordenadas radiales de la superficie se midieron por interferometría óptica con un error de 0,3 nm (del orden del espesor de una capa atómica) [11] . Para su producción se utilizó silicio-28 de alta pureza, aislado en el Instituto de Química de Sustancias de Alta Pureza de la Academia Rusa de Ciencias de Nizhny Novgorod a partir de tetrafluoruro de silicio altamente enriquecido en silicio-28 , obtenido en la Oficina Central de Diseño de Ingeniería Mecánica . Ingeniería en San Petersburgo.

Teniendo tales objetos prácticamente ideales, es posible contar con gran precisión el número de átomos de silicio en la bola y así determinar el número de Avogadro. Según los resultados obtenidos, es igual a 6.02214084(18) 10 23 mol −1 [12] .

Sin embargo, en enero de 2011 se publicaron los resultados de nuevas mediciones, que se consideran más precisas [13] : N A = 6,02214078(18)⋅10 23 mol −1 .

En la 24ª Conferencia General de Pesos y Medidas del 17 al 21 de octubre de 2011, se adoptó por unanimidad una resolución [7] en la que, en particular, se propuso en una futura revisión del SI redefinir el mol de modo que el Avogadro número fue exactamente 6.02214X⋅ 10 23 mol −1 , donde X reemplaza una o más cifras significativas que se determinarán en la versión final según las mejores recomendaciones de CODATA [14] . En la misma resolución se propone determinar de la misma forma los valores exactos de la constante de Planck , la carga elemental , la constante de Boltzmann y la máxima eficiencia luminosa de la radiación monocromática para visión diurna .

El valor del número de Avogadro recomendado en 2010 por CODATA fue:

El valor del número de Avogadro recomendado por CODATA en 2014 fue [15] :

Relación entre constantes

• El producto de la constante de Boltzmann y el número de Avogadro expresa la constante universal de los gases , [16] .
• Mediante el producto de una carga eléctrica elemental y el número de Avogadro , se expresa la constante de Faraday , [17] .

Véase también

• constante universal de gas
• Constante de Boltzmann
• Ecuación de estado de los gases ideales
• Volumen molar de gas

Comentarios

1. ↑ El número de Avogadro A es una unidad de medida múltiple de cantidades adimensionales enteras muy grandes, numéricamente iguales a la constante de Avogadro, es decir, A es N A veces mayor que el valor original: la primera pieza. El número de Avogadro se usa para describir cuantitativamente sistemas que contienen una cantidad tan grande de cualquier objeto (generalmente partículas y grupos de partículas de una sustancia) que se vuelve inconveniente y difícilmente visual indicar la cantidad de estos objetos en partes. Por ejemplo, 1 A de pelotas de tenis cubrirá la superficie del planeta Tierra con una capa de 100 km de espesor; 1 Y los billetes de dólar cubrirán todos los continentes de la Tierra con una densa capa de dos kilómetros; el desierto del Sahara contiene un poco menos de 3 A granos de arena [6] .

Notas

1. ↑ Anteriormente expresado como el número de moléculas en una molécula-gramo o átomos en un átomo-gramo .
2. ↑ Constante de Avogadro // Enciclopedia Física / Cap. edición A. M. Projorov . - M .: Enciclopedia soviética , 1988. - T. 1. - S. 11. - 704 p. — 100.000 copias.
3. ↑ en contraste con N , que denota el número de partículas ( número de partículas en inglés ) 
4. ↑ http://www.iupac.org/publications/books/gbook/green_book_2ed.pdf
5. ↑ Press I.A. , Fundamentos de química general para el autoaprendizaje, 2012 , p. 22-23.
6. ↑ Press I.A. , Fundamentos de química general para el autoaprendizaje, 2012 , p. 23
7. ↑ 1 2 Sobre la posible futura revisión del Sistema Internacional de Unidades, el SI. Resolución 1 de la 24ª reunión de la CGPM (2011).
8. ↑ Una estimación precisa del número de Avogadro ayudará a dar una nueva definición del kilogramo: Ciencia: Ciencia y Tecnología: Lenta.ru
9. ↑ La correlación de las medidas de NA al contar átomos de 28Si
10. ↑ Estimación más precisa del número de Avogadro para ayudar a redefinir el kilogramo | Instituto Americano de Física (enlace no disponible) . Consultado el 15 de julio de 2015. Archivado desde el original el 16 de julio de 2015. (indefinido) 
11. ↑ Aleksey Poniatov. El último kilo se rindió  // Ciencia y vida. - 2019. - Nº 3 . (Ruso)
12. ↑ Los físicos han especificado el número de Avogadro para el futuro estándar del kilogramo (enlace inaccesible) . RIA Novosti (20 de octubre de 2010). Consultado el 20 de octubre de 2010. Archivado desde el original el 23 de octubre de 2010. (Ruso) 
13. ↑ B. Andreas et al., Determinación de la constante de Avogadro al contar los átomos en un cristal de 28 Si , Phys. Rvdo. Letón. 106 , 2011, 030801
14. ↑ Acuerdo para vincular el kilogramo y los amigos a los fundamentos - física-matemática - 25 de octubre de 2011 - New Scientist
15. ↑ Valor CODATA: constante de Avogadro
16. ↑ Constante de Boltzmann, 1988 .
17. ↑ Constante de Faraday, 1998 .

Literatura

• Constante de Boltzmann  // Enciclopedia física. - Enciclopedia soviética , 1988. - T. 1 . - art. 222 . (Ruso)
• Número de Meilikhov E. Z. Avogadro. Cómo ver un átomo. - Dolgoprudny, región de Moscú: Intellect, 2017. - 86 p. — (Los orígenes de la física moderna). - 500 copias.  — ISBN 978-5-91559-233-8 .
• Presione I. A. Fundamentos de química general para estudio independiente. - 2ª ed., revisada. - San Petersburgo. : Lan, 2012. - 496 p. — ISBN 978-5-8114-1203-7 .
• Constante de Faraday  // Enciclopedia Física. - Enciclopedia soviética , 1998. - V. 5 . - art. 275 . (Ruso)
• Número de Avogadro // Gran Enciclopedia Soviética

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