Il Il numero di Avogadro È quello che indica quante particelle compongono una mole di materia. Normalmente è indicato dal simbolo NPER o L, e ha una magnitudine straordinaria: 6.02 · 102. 3, scritto in notazione scientifica; se non utilizzato, dovrebbe essere scritto per intero: 602000000000000000000000.
Per evitarne e facilitarne l'utilizzo, è conveniente fare riferimento al numero di Avogadro definendolo una talpa; questo è il nome dato all'unità corrispondente a tale quantità di particelle (atomi, protoni, neutroni, elettroni, ecc.). Quindi, se una dozzina corrisponde a 12 unità, una talpa comprende NPER unità, semplificando i calcoli stechiometrici.
Matematicamente, il numero di Avogadro potrebbe non essere il più grande di tutti; ma al di fuori del regno della scienza, usarlo per indicare la quantità di qualsiasi oggetto supererebbe i limiti dell'immaginazione umana.
Ad esempio, una talpa di matite implicherebbe la produzione di 6.02 · 102. 3 unità, lasciando la Terra senza i suoi polmoni vegetali nel tentativo. Come questo ipotetico esempio, molti altri abbondano, che ci permettono di intravedere la magnificenza e l'applicabilità di questo numero per grandezze astronomiche.
SenzaPER e la talpa allude a quantità esorbitanti di qualsiasi cosa, a cosa servono nella scienza? Come già detto all'inizio: permettono di “contare” particelle molto piccole, il cui numero è incredibilmente vasto anche in quantità trascurabili di materia..
La più piccola goccia di un liquido contiene miliardi di particelle, così come la quantità più ridicola di un dato solido che può essere pesata su qualsiasi bilancia..
Per non ricorrere a notazioni scientifiche, la talpa viene in aiuto, indicando quanto, più o meno, si ha di una sostanza o di un composto rispetto a NPER. Ad esempio, 1 g di argento corrisponde a circa 9 · 10-3 Talpa; In altre parole, quel grammo "abita" quasi un centesimo di NPER (5,6 10ventuno Atomi di Ag, circa).
Indice articolo
Alcuni ritengono che il numero di Avogadro sia stato una costante determinata da Lorenzo Romano Amedeo Carlo Avogadro di Quaregna e Cerreto, meglio conosciuto come Amedeo Avogadro; Tuttavia, questo scienziato-avvocato, dedito allo studio delle proprietà dei gas e ispirato al lavoro di Dalton e Gay-Lussac, non è stato colui che ha introdotto la NPER.
Da Dalton, Amadeo Avogadro ha appreso che le masse di gas si combinano o reagiscono in proporzioni costanti. Ad esempio, una massa di idrogeno reagisce completamente con una massa di ossigeno otto volte maggiore; quando tale proporzione non è stata soddisfatta, uno dei due gas è rimasto in eccesso.
Da Gay-Lussac, invece, ha appreso che i volumi di gas reagiscono in un rapporto fisso. Quindi, due volumi di idrogeno reagiscono con uno di ossigeno per produrre due volumi di acqua (sotto forma di vapore, viste le alte temperature generate).
Nel 1811 Avogadro condensò le sue idee per formulare la sua ipotesi molecolare, in cui spiegava che la distanza che separa le molecole gassose è costante fintanto che la pressione e la temperatura non cambiano. Questa distanza, quindi, definisce il volume che un gas può occupare in un contenitore con barriere espandibili (un palloncino, per esempio).
Quindi, data una massa di gas A, mPER, e una massa di gas B, mB, mPER e mB avranno lo stesso volume in condizioni normali (T = 0ºC e P = 1 atm) se entrambi i gas ideali hanno lo stesso numero di molecole; questa era l'ipotesi, oggi legge, di Avogadro.
Dalle sue osservazioni ha anche dedotto che la relazione tra le densità dei gas, sempre A e B, è la stessa di quella delle loro masse molecolari relative (ρPER/ ρB = MPER/ MB).
Il suo più grande successo è stato quello di introdurre il termine "molecola" come è conosciuto oggi. Avogadro trattava l'idrogeno, l'ossigeno e l'acqua come molecole e non come atomi.
L'idea delle sue molecole biatomiche incontrò una forte resistenza tra i chimici nel 19 ° secolo. Sebbene Amadeo Avogadro insegnasse fisica all'Università di Torino, il suo lavoro non fu molto ben accolto e, all'ombra di esperimenti e osservazioni di chimici più rinomati, la sua ipotesi fu sepolta per cinquant'anni..
Anche il contributo del noto scienziato André Ampere, che ha sostenuto l'ipotesi di Avogadro, non è stato sufficiente perché i chimici la prendessero seriamente in considerazione.
Fu solo al Congresso di Karlsruhe, in Germania, nel 1860, che il giovane chimico italiano, Stanislao Cannizzaro, salvò il lavoro di Avogadro in risposta al caos dovuto alla mancanza di masse atomiche e di equazioni chimiche affidabili e solide..
Il cosiddetto "numero di Avogadro" fu introdotto dal fisico francese Jean Baptiste Perrin, quasi cento anni dopo. Ha determinato un'approssimazione di NPER attraverso metodi diversi dal suo lavoro sul moto browniano.
Il numero di Avogadro e la talpa sono correlati; tuttavia, il secondo esisteva prima del primo.
Conoscendo le masse relative degli atomi, l'unità di massa atomica (amu) è stata introdotta come un dodicesimo di un atomo di isotopo di carbonio 12; all'incirca la massa di un protone o di un neutrone. In questo modo, si sapeva che il carbonio era dodici volte più pesante dell'idrogeno; cosa equivale a dire, 12C pesa 12u, e 1H pesa 1 u.
Tuttavia, quanta massa è veramente uguale a un amu? Inoltre, come sarebbe possibile misurare la massa di particelle così piccole? Poi è nata l'idea del grammo-atomo e del grammo-molecola, che sono stati successivamente sostituiti dalla talpa. Queste unità collegavano convenientemente il grammo con l'amu come segue:
12 g 12C = N ma
Un numero di N atomi di 12C, moltiplicato per la sua massa atomica, dà un valore numericamente identico alla massa atomica relativa (12 amu). Pertanto, 12 g di 12C era uguale a un grammo atomo; 16 g di 16Oppure, a un grammo atomo di ossigeno; 16 g CH4, un grammo-molecola per metano e così via con altri elementi o composti.
Il grammo atomo e il grammo molecola, piuttosto che le unità, consistevano rispettivamente nelle masse molari degli atomi e delle molecole..
La definizione di mole diventa quindi: l'unità designata per il numero di atomi presenti in 12 g di carbonio-12 puro (o 0,012 Kg). E da parte sua, N è stato indicato come NPER.
Quindi, il numero di Avogadro è formalmente costituito dal numero di atomi che compongono tali 12 g di carbonio 12; e la sua unità è la talpa e i suoi derivati (kmol, mmol, lb-mole, ecc.).
Le masse molari sono masse molecolari (o atomiche) espresse in funzione delle moli.
Ad esempio, la massa molare di ODue è 32 g / mol; cioè, una mole di molecole di ossigeno ha una massa di 32 ge una molecola di ODue ha una massa molecolare di 32 u. Allo stesso modo, la massa molare di H è 1 g / mol: una mole di atomi di H ha una massa di 1 g e un atomo di H ha una massa atomica di 1 u.
Quanto costa una talpa? Qual è il valore di NPER in modo che le masse atomiche e molecolari abbiano lo stesso valore numerico delle masse molari? Per scoprirlo, è necessario risolvere la seguente equazione:
12 g 12C = NPERMa
Ma ma è 12 uma.
12 g 12C = NPER12uma
Se si sa quanto vale un amu (1.667 10-24 g), puoi calcolare direttamente NPER:
NPER = (12g / 2 10-2. 3g)
= 5.998 102. 3 atomi di 12C
Questo numero è identico a quello presentato all'inizio dell'articolo? No. Sebbene i decimali funzionino l'uno contro l'altro, ci sono calcoli molto più precisi per determinare NPER.
Se la definizione di mole è nota in precedenza, in particolare una mole di elettroni e la carica elettrica che trasportano (circa 96.500 C / mol), conoscendo la carica di un singolo elettrone (1,602 × 10−19C), puoi calcolare NPER anche in questo modo:
NPER = (96500 C / 1,602 × 10−19C)
= 6,0237203 102. 3 elettroni
Questo valore sembra ancora migliore.
Un altro modo per calcolarlo consiste nelle tecniche cristallografiche a raggi X, utilizzando una sfera di silicio ultra puro da 1 kg. Per questo si utilizza la formula:
NPER = n(Vo/ Vm)
Dove n è il numero di atomi presenti nella cella unitaria di un cristallo di silicio (n= 8) e Vo e Vm sono rispettivamente i volumi cellulari e molari unitari. Conoscendo le variabili per il cristallo di silicio, il numero di Avogadro può essere calcolato con questo metodo.
Il numero di Avogadro permette in sostanza di esprimere le quantità abissali di particelle elementari in semplici grammi, misurabili in bilanci analitici o rudimentali. Non solo questo: se una proprietà atomica viene moltiplicata per NPER, la sua manifestazione sarà ottenuta a scale macroscopiche, visibili nel mondo e ad occhio nudo.
Pertanto, e con buona ragione, si dice che questo numero funzioni come un ponte tra il microscopico e il macroscopico. Si trova spesso soprattutto in fisicochimica, quando si cerca di collegare il comportamento di molecole o ioni con quello delle loro fasi fisiche (liquide, gassose o solide).
Nella sezione dei calcoli, due esempi di esercizi sono stati affrontati utilizzando NPER. Quindi procederemo a risolverne altri due.
Qual è la massa di una molecola di H.DueO?
Se la sua massa molare è nota per essere 18 g / mol, allora una mole di molecole H.DueOppure ha una massa di 18 grammi; ma la domanda si riferisce a una singola molecola, da sola. Per poi calcolare la sua massa, vengono utilizzati i fattori di conversione:
(18 g / mol H.DueO) · (mol HDueO / 6.02 102. 3 Molecole H.DueO) = 2,99 · 10-2. 3 g / molecola HDueO
Cioè, una molecola di H.DueOppure ha una massa di 2,99 · 10-2. 3 g.
Quanti atomi di metallo disprosio (Dy) conterranno un pezzo di esso la cui massa è di 26 g?
La massa atomica del disprosio è 162,5 u, pari a 162,5 g / mol utilizzando il numero di Avogadro. Ancora una volta, procediamo con i fattori di conversione:
(26 g) · (mol Dy / 162,5 g) · (6,02 · 102. 3 atomi Dy / mol Dy) = 9,63 · 1022 Dy atoms
Questo valore è 0,16 volte inferiore a NPER (9.63 · 1022/ 6.02 102. 3), e quindi, detto pezzo ha 0,16 moli di disprosio (potendo calcolare anche con 26 / 162,5).
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