11-10-2023
Число́ Авога́дро, конста́нта Авогадро — физическая константа, численно равная количеству специфицированных структурных единиц (атомов, молекул, ионов, электронов или любых других частиц) в 1 моле вещества. Определяется как количество атомов в 12 граммах (точно) чистого изотопа углерода-12. Обозначается обычно как NA, реже как L [1].
Значение числа Авогадро, рекомендованное CODATA в 2010 году [2]:
В начале 2011 года опубликованы[3] (но официально пока не приняты) ещё более точные измерения числа Авогадро: NA = 6,022 140 78(18)·1023 моль−1.
Моль — количество вещества, которое содержит NA структурных элементов (то есть столько же, сколько атомов содержится в 12 г 12С), причём структурными элементами обычно являются атомы, молекулы, ионы и др. Масса 1 моля вещества (молярная масса), выраженная в граммах, численно равна его молекулярной массе, выраженной в атомных единицах массы. Так, 1 моль натрия имеет массу 22,9898 г и содержит примерно 6,02·1023 атомов; 1 моль фторида кальция CaF2 имеет массу (40,08 + 2×18,998) = 78,076 г и содержит 6,02·1023 молекул, как и 1 моль тетрахлорида углерода CCl4, масса которого равна (12,011 + 4×35,453) = 153,823 г и т. п.
В конце 2011 года на XXIV Генеральной конференции по мерам и весам единогласно принято предложение[4] определить моль в будущей версии СИ таким образом, чтобы избежать его привязки к массе; при этом число Авогадро будет определено как точная целая константа, близкая к последнему значению, рекомендованному CODATA.
Содержание |
На заре развития атомной теории (1811) А. Авогадро выдвинул гипотезу, согласно которой при одинаковых температуре и давлении в равных объёмах идеальных газов содержится одинаковое число молекул. Позже было показано, что эта гипотеза есть необходимое следствие кинетической теории, и сейчас она известна как закон Авогадро. Его можно сформулировать так: один моль любого газа при одинаковых температуре и давлении занимает один и тот же объем, при нормальных условиях равный 22,41383 л. Эта величина известна как молярный объем газа.
Сам Авогадро не делал оценок числа молекул в заданном объёме, но понимал, что это очень большая величина. Первую попытку найти число молекул, занимающих данный объем, предпринял в 1865 году Й. Лошмидт. Из вычислений Лошмидта следовало, что для воздуха количество молекул на единицу объёма составляет 1,81·1018 см−3, что примерно в 15 раз меньше истинного значения. Через 8 лет Максвелл привёл гораздо более близкую к истине оценку «около 19 миллионов миллионов миллионов» молекул на кубический сантиметр, или 1,9·1019 см−3. В действительности в 1 см³ идеального газа при нормальных условиях содержится 2,68675·1019 молекул. Эта величина была названа числом (или постоянной) Лошмидта. С тех пор было разработано большое число независимых методов определения числа Авогадро. Превосходное совпадение полученных значений является убедительным свидетельством реального количества молекул.
Официально принятое на сегодня значение числа Авогадро было измерено в 2010 году. Для этого использовались две сферы, сделанные из кремния-28. Сферы были получены в Институте кристаллографии имени Лейбница и отполированы в австралийском Центре высокоточной оптики настолько гладко, что высоты выступов на их поверхности не превышали 98 нм. Для их производства был использован высокочистый кремний-28, выделенный в нижегородском Институте химии высокочистых веществ РАН из высокообогащённого по кремнию-28 тетрафторида кремния, полученного в Центральном конструкторском бюро машиностроения в Санкт-Петербурге.
Располагая такими практически идеальными объектами, можно с высокой точностью подсчитать число атомов кремния в шаре и тем самым определить число Авогадро. Согласно полученным результатам, оно равно 6,02214084(18)×1023 моль−1[5].
Однако в январе 2011 года были опубликованы[3] результаты новых измерений, считающиеся более точными: NA = 6,022 140 78(18)·1023 моль−1.
На 24-й Генеральной конференции по мерам и весам 17—21 октября 2011 года была единогласно принята резолюция[4], в которой, в частности, предложено в будущей ревизии Международной системы единиц переопределить моль таким образом, чтобы число Авогадро было равным точно 6,02214X·1023 моль−1, где Х заменяет одну или более значащих цифр, которые будут определены в окончательном релизе на основании наиболее точных рекомендаций CODATA[6]. В этой же резолюции предложено таким же образом определить как точные значения постоянную Планка, элементарный заряд, постоянную Больцмана и фотометрическую константу световой отдачи.
Постоянная Авогадро.