Konstanto de Avogadro

La konstanto de Avogadro (simbolo N_A), estas konstanto uzata en ĥemio kaj fiziko por starigi rilaton inter la maso (kaj la volumeno) kaj la kvanto da materio. Oni ĝin difinas kiel la kvanto da entoj (plej ofte atomoj aŭ molekuloj) en unu molo, tio estas, la kvanto de atomoj de karbono-12 en 12 gramoj (0,012 kg) de libera karbono-12 en ĝia baza stato. La aktuala plej bona takso de ĉi tiu nombro estas:

$N_{A}=(6,022\,141\,79\pm 0,000\,000\,30)\,\times \,10^{23}{\mbox{ mol}}^{-1}\,$

La valoron de la nombro unue kalkulis Johann Josef Loschmidt, de la nombro de partikloj en unu kuba centimetro de gaso en norma kondiĉo. La nomo konstanto de Loschmidt tial pli ĝuste rilatas al tiu valoro, kiu estas proporcia al konstanto de Avogadro. En germanlingva literaturo, "konstanto de Loschmidt" estas uzata por ambaŭ konstantoj.

La kvanton N_A da iu ajn aĵoj (atomoj de iu ĥemia elemento, molekuloj de iu speco, ktp) oni nomas kiel unu molo da tiu aĵo. Ekzemple, unu molo da molekuloj de O₂ estas (proksimume) 6,022 × 10²³ molekuloj de O₂. Simile, unu molo da molekuloj de N₂ estas (proksimume) 6,022 × 10²³ molekuloj de N₂, kaj unu molo da atomoj de Fe estas (proksimume) 6,022 × 10²³ atomoj de Fe.

Historio kaj etimologio

La konstanto de Avogadro nomiĝis pro la deknaŭjarcenta itala sciencisto Amedeo Avogadro. Tiel oni agnoskis lin kiel la unua ekscii (1811) ke la volumeno de gaso (strikte, de ideala gaso) estas proporcia al la nombro da atomoj aŭ molekuloj.

En 1909 la franca kemiisto Jean Baptiste Perrin proponis nomi la konstanton honore al Avogadro.

Loschmidt: Mezuri la konstanton de Avogadro

Avogadro neniam provis mezuri la konstanton: la valoron unue taksis la aŭstra fizikisto Johann Josef Loschmidt en 1865 per la kineta teorio de gasoj. Kion Loschmidt vere mezuris, tio estis la nombro da entoj en volumena unuo de ideala gaso, t.e. la nombra denseco de partikloj en ideala gaso.

$n_{\circ }={\frac {p}{k_{B}T}}\,$

egala al (2,686 7774 ± 0,000 0047) × 10²⁵ m⁻³ je 273,15 K kaj 101,325 kPa kun k_B la konstanto de Boltzmann, T la temperaturo kaj p la premo.

Ĉi tiu konstanto rilatas al la konstanto de Avogadro per la rilato:

$R=N_{A}k_{B}\,$

kun k_B la konstanto de Boltzmann, kaj R la gasa konstanto, kaj el tio

$N_{A}={\frac {n_{\circ }RT}{p}}\,$

Normigi la molon

Ĝis 1960, ekzistis malkongruaj difinoj de la molo, kaj tial de la nombro de Avogadro (kiel oni nomis ĝin tiutempe), bazita sur 16 gramoj da oksigeno: fizikistoj ĝenerale uzis oksigenon-16 dum kemiistoj ĝenerale uzis la "nature ekzistantan" izotopan proporcion.

Por solvi la disputon oni ŝanĝis, en 1960, al 12 gramoj de karbono-12 kiel la bazo. Tio alportis aliajn avantaĝojn. Tiam oni difinis la nombron de Avogadro la nombro da atomoj en 12 gramoj de karbono-12, tio estas sendimensia kvanto, dum unu molon oni difinis unu nombro de Avogadro da atomoj, molekuloj aŭ aliaj entoj.

Kiam la molo fariĝis unuo de la Sistemo Internacia de Unuoj (SI), en 1971, oni interŝanĝis la difinojn.

En 1971, oni difinis unu molon esti la nombro da atomoj en 12 gramoj da karbono-12, kun ĝiaj propraj unuoj, nome "kvanto de substanco". La konstanto de Avogadro fariĝis fizika konstanto kun la unuo inversaj moloj (mol⁻¹).

Aplikado

La konstanto de Avogadro estas aplikebla al ajna substanco. Ĝi estas la nombro da atomoj aŭ molekuloj bezonataj por fari mason egala al la atoma maso aŭ molekula maso de la substanco en gramoj. Ekzemple, la atoma maso de fero estas 55,847 g/mol, do N_A feraj atomoj (t.e. unu molo da feraj atomoj) havas mason da 55,847 g. Aliflanke, 55,847 g da fero enhavas N_A atomojn da fero. La konstanto de Avogadro implice prenas parton en la difino de la atommasa unuo, u.