Число Авогадро та концепція моля є фундаментальними для розуміння масштабу, в якому відбуваються хімічні реакції. Ці концепції допомагають подолати прірву між мікроскопічним світом атомів і молекул і макроскопічним світом, з яким ми взаємодіємо щодня.
Число Авогадро — це константа, яка представляє кількість частинок, що містяться в одному молі речовини. Названо на честь італійського вченого Амедео Авогадро. Це величезне значення становить приблизно \(6.022 \times 10^{23}\) одиниць на моль. Сутності можуть бути атомами, молекулами, іонами або іншими частинками залежно від речовини.
Моль — це одиниця вимірювання, яка використовується в хімії для вираження кількості хімічної речовини. Один моль містить рівно \(6.022 \times 10^{23}\) частинок. Це число, число Авогадро, дозволяє хімікам працювати з субмікроскопічним світом молекул у великих кількостях, які можна легко виміряти в лабораторії.
Число Авогадро має вирішальне значення для перетворення між атомами/молекулами та грамами. Він служить мостом, який дозволяє вченим працювати з масою речовин у масштабі, який можна виміряти в лабораторії, і водночас мати можливість обчислити кількість окремих частинок, які беруть участь у хімічних реакціях.
Розглянемо елемент Карбон з атомною масою 12 а.е.м. (атомних одиниць маси). Якщо ви відміряєте 12 грамів чистого вуглецю, у вас буде 1 моль атомів вуглецю, тобто приблизно \(6.022 \times 10^{23}\) атомів.
Інший приклад можна побачити з водою (H 2 O). Молекулярна маса води становить приблизно 18 а.е.м. (2 а.е.м. для водню і 16 а.е.м. для кисню). Це означає, що 18 грамів води містять \(6.022 \times 10^{23}\) молекул води.
Число Авогадро дозволяє хімікам розрахувати точні кількості речовин, необхідних для участі в хімічній реакції, щоб забезпечити її завершення. Наприклад, щоб отримати воду шляхом поєднання газоподібного водню (H 2 ) і кисню (O 2 ), потрібно забезпечити точне співвідношення молекул: 2 молі H 2 на кожен 1 моль O 2 .
Для обчислення кількості молей із заданої маси використовується така формула: \( \textrm{Кількість молей} = \frac{\textrm{Дана маса (г)}}{\textrm{Молярна маса (г/моль)}} \) І навпаки, щоб знайти кількість частинок із заданої маси, формула розширюється до: \( \textrm{Кількість частинок} = \frac{\textrm{Дана маса (г)}}{\textrm{Молярна маса (г/моль)}} \times \textrm{Число Авогадро} \)
Хоча прямо візуалізувати число Авогадро важко через масштаб, експерименти з речовинами, які мають відому кількість частинок, можуть допомогти концептуалізувати величину цього числа. Наприклад, якщо поширити один моль маленьких сфер на поверхню Землі, вона покриє її на значну глибину, ілюструючи величезну кількість частинок, що містяться в молі.
Хоча в 1811 році Амедео Авогадро запропонував концепцію, згідно з якою однакові об’єми газів при однаковій температурі та тиску містять однакову кількість молекул, число Авогадро було точно визначено лише після експериментів Жана Перрена на початку 20 століття. Ця новаторська робота також принесла Жану Перрену Нобелівську премію з фізики в 1926 році.
Використання числа Авогадро поширюється за межі хімії на фізику та біологію, допомагаючи вченим кількісно визначити та зрозуміти явища на атомному та молекулярному рівнях. Наприклад, його використовують для розрахунку енергії, що виділяється в ядерних реакціях, і для визначення кількості молекул у біологічних зразках.
День крота — неофіційне свято, яке відзначається хіміками 23 жовтня (10/23) з 6:02 до 18:02 на честь числа Авогадро ( \(6.022 \times 10^{23}\) . Він підкреслює важливість моля та числа Авогадро в природничій освіті та спрямований на сприяння інтересу до галузі хімії.
Розуміння числа Авогадро та поняття моль має вирішальне значення для будь-кого, хто вивчає хімію чи суміжні науки. Він не лише забезпечує спосіб конвертації між масою речовин і кількістю частинок, але й дозволяє глибше зрозуміти атомний і молекулярний масштаби. Цей інструмент незамінний як у навчальних закладах, так і в професійних хімічних дослідженнях.
