Miks valiti Avogadro numbriks väärtus, mis see on?

Teie küsimus tähendab, et teate juba, et see oli valik, mitte midagi, mis tuletati esimesest põhimõttest. On mõned numbrid, mis on tuletatud esimestest põhimõtetest. Matemaatikas ei ole $ \ pi $ ja $ e $ valik, vaid võib tuletada nende omadused. Füüsikas ei ole peenstruktuuri konstant valik, vaid seda mõõdetakse sama planeedi saamiseks mujal planeedil olevate tulnukate poolt (vähemalt nii palju kui saame öelda).

[. ..] Avogadro number [...]

Õigeks öeldes on see tegelikult Avogadro konstantne $ N_A $ sagedamini keemias (selliste identiteetide puhul nagu $ k_B = R / N_A $ , kus $ k_B $ on Boltzmanni konstant ja R universaalne gaasikonstant). Avogadro konstandi mõõt on (SI ühikute süsteemis) jagatud aine kogusega. Nii et seadme ees olev number muutub seadme vahetamisel, nagu ka 30 minutit on sama mis 0,5 tundi, kuigi 30 pole sama mis 0,5.

Saan ka aru, et selle rakendamiseks pole vaja teada numbri ajalugu. Kuid mulle tundub, et numbrit ei valitud meelevaldselt.

Avogadro konstandi väärtus on seotud meetrisüsteemi seadistamisel tehtud valikutega. Meie planeediga on seotud üks mõõturi määratlus (nii et tulnukatel teisel planeedil poleks põhjust seda valida). Mõõturiks valiti umbes 1/10 000 000 000 Pariisi meridiaani kvadrandist (st kaugus Pariisist lõunapoolusel kuni põhjapooluseni Pariisini jagatud 4 000 000-ga). Seejärel tegid nad artefakti, et arvesti täpselt määratleda. Järgmisena valiti kilogramm umbes 1/1000-ks kuupmeetrist veest (teatud temperatuuril). Pole juhus, et vee tihedus on väga lähedal 1 kg / l. Jällegi valmistasid nad kilogrammi täpseks määratlemiseks artefakti.

Kui kilogramm oli määratletud, valiti mool sisaldama sama palju osakesi kui (vali oma lemmik, need on kõik praegusel hetkel umbes õiged ) üks gramm prootoneid või neutroneid, 16 g hapniku aatomeid või 12 g puhtaid süsinik-12 aatomeid.

Kuidas on kilogrammi ja mooli määratlus seotud Avogadro konstandiga?

Avogadro konstant ütleb meile, kui palju osakesi on osakeste mooli kohta. Mool määratleti grammide ja põhikonstantide, näiteks prootoni või ühe süsinik-12 aatomi massi järgi, nii et kui need valikud on paigas, pole Avogadro konstant enam valik.

Seos ühikute praeguste määratlustega

SI ühikud (sh meeter, kilogramm ja mool) on tänapäeval määratletud teisiti, kuid nende väärtused on paljudega endiselt samad olulist numbrit. Nii saate ikkagi jälgida Avogadro konstandi valikut valikutele, mis on tehtud meetri, kilogrammi ja mooli määratlemisel.

Praktilises ajaloolises perspektiivis vajasid keemikud ja füüsikud arvu, mida kasutada stöhhiomeetriliste reaktsioonide tegemiseks Daltonitest grammidena.

Alguses tegi Dalton ettepaneku kasutada vesiniku ja vesiniku massi. määrake see väärtusele 1 Dalton, teadmata, mitu grammi vastab 1 Daltonile. Kaalud kasutavad gramme, mitte daltoneid, nii et teadlane vajab ümberarvestustegurit. Selleks võiksime võtta gramm vesinikku ja lugeda, kui palju aatomeid on, tagastaks selle, mida nimetatakse Avogadro konstandiks. "Teoorias" annab see sama tulemuse ka siis, kui võtta 16 grammi hapnikku (milles on 8 prootonit ja 8 neutronit, nii umbes 16 daltonit) ja tulemused peaksid olema samad (loomulikult peaksime praktikas võtma 32 grammi hapnikku) molekulaarse hapniku sisaldus $ \ ce {O2} $ , kuna aatomhapnik ei ole stabiilne. Praktikas pole see selline, kuna on muid tegureid, mis on seotud asjaoluga, nagu märkis Einstein mass on seotud ka energiaga. Füüsikud kasutasid siiski mõnda aega hapnikku-16, seejärel liitusid nad IUPAC-iga ja otsustasid kasutada 12 grammi süsinik-12-d. Avogadro costant väärtused muutusid veidi, kuid nüüd lõpuks pärast SI baasühikute uuesti määratlemine 2019. aastal on see fikseeritud väärtusele. See on selle artikli tabel (Jensen, William B. "Miks on Avogadro konstantse väärtus aja jooksul muutunud?". Journal of Chemical haridus 87.12 (2010): 1302-1302).

  Tabel 1. Eksperimentaalsete väärtuste näited Avogadro püsivuse kohta aja jooksul * | ------ + - ---------- + ----------- || Aasta | Autor | Nᴬ / 10 ^ 23 || ------ + ----------- + ----------- || 1908 | Perrin | 6,7 || 1917 | Mullikan | 6,064 || 1929 | Birge | 6.0644 || 1931 | Bearden | 6,019 || 1945 | Birge | 6.02338 || 1951 | DuMond | 6,02544 || 1965 | Bearden | 6.022088 || 1973 | Cohen | 6.022045 || 1987 | Deslattes | 6.022134 || 1994 | Basiil | 6.0221379 || 2001 | De Bièvre | 6.021339 |
* Täieliku loendi leiate viitest (3).  

Kas elemendi valik oli meelevaldne?

Tegelikult ei olnud elemendi valik põhines mõnel praktilisel kaalutlusel, eelistati algselt hapnikku, kuna massi mõõtmise viis kasutati ühendite vahelisi suhteid, viidates IUPAC-i väljaandele:

Berzelius avaldas rea artikleid aatommassimõõtmistel, kus ta esitas tegelikud kaalumised koos teiste keemikute tulemustega hapnikuskaalal, st väärtus O = 100. Berzelius leidis, et hapnik oli hea võrdlusmaterjal, kuna see kombineerus enamiku elementidega (anorgaanilises keemias) ja paljude molekulaarset ja aatommassi saab mõõta otse. Vesiniku kui puuduse viide oli see, et see kombineerus otseselt ainult piiratud hulga elementidega ja aatommassi tuleb hinnata võrreldes hapnikuga. Kuna hapniku ja vesiniku suhet ei olnud kunagi võimalik absoluutse täpsusega kindlaks määrata, kanduvad kõik selle suhte vead kõigi teiste aatommasside väärtustesse.

Kui nad hakkavad lõpuks massispektromeetriat kasutama nende massi määramine, mille peale nad üle läksid süsinikule:

Aprillis 1957 tegi Amsterdamis hotelli Krasnapolski baaris baar Nier Mattauchile, et 12C = 12 massiskaala tuleks vastu võtta süsiniku teisejärgulise kasutamise tõttu. massispektromeetrias standard63. Samuti tähendasid 12C = 12 vastuvõetavaid suhtelisi muutusi aatommassi skaalal, s.o 42 miljondikosa (ppm), võrreldes 275 ppm-ga skaalal 16O = 16 (mis ei oleks keemikutele vastuvõetav). Vaimustuses tegi Mattauch 1950. aastate lõpus ülemaailmseid jõupingutusi 12C = 12 skaala avalikustamiseks ja füüsiku heakskiidu saamiseks, samas kui Wichers sai keemiku heakskiidu.

Esialgu määratleti Avogadro 1 g vesinikus sisalduvate aatomite arvuna. Hiljem mõisteti, et vesinik võib sisaldada erinevates kogustes deuteeriumit. Nii et selle asemel, et viidata kõikuvale H aatomile, otsustati, et Avogadro on seotud teise aatomi kaaluga. Selle aatomi valiku üle oli olnud pikki arutelusid. Pakuti välja hapnik-16 ja süsinik-12. Pärast arutelu valiti H-aatomist 12 korda raskem aatom, nimelt süsinik-12 aatom. Nii et Avogadro number oli hiljuti uus, süsiniku-12 arv, mis sisaldub 12 000 dollarit $ g $ \ ce { C-12} $ . Kuid üks või kaks aastat tagasi otsustati, et Avogadro ei ole seotud ühegi aatomiga ja see on etteantud arv, mida ei saa hiljem muuta, kui tulevikus juhtuks mõni seni teadmata tehniline raskus.

Teised vastused on seda piisavalt kajastanud. Kuid on veel üks viis, kuidas Avogadro konstant pole täiesti meelevaldne. See on suurusjärk, mis näitab osakeste kogust, mis suudab säilitada tundlikkust Maa tüüpi planeedil . 12 grammi süsinik-12 on aine proov, mis on umbes samas suurusjärgus kui meie inimesed .

Ma olen siin tõsine. Mitu aatomit kulub isereplikeeruva molekuli ehitamiseks? Mitu molekuli rakus, mis on võimeline moodustama mitmerakulisi organisme? Mitu rakku tundliku eluvormi kohta? Nendele küsimustele antud vastused on selgelt madalama piiriga . See mõõdab tundlikkuse minimaalset nõutavat keerukust. Meil kõigil kolmel pole palju võrdluspunkte - DNA / RNA (vaja viidata), eukarüootne rakk, inimene. See tähendab, et kui raku ehitamiseks oleks olnud lihtsam viis või 15 miljardist neuronist kesknärvisüsteemi ülalpidamiseks odavam viis, oleks evolutsioon tõenäoliselt juba selle otsa komistanud, mis siis, kui see oleks pidanud tekitama tohutult palju termilist müra töötage koos.

Sel viisil võivad Karsten Theisi vastusest erineval planeedil olevad tulnukad, kui nad peaksid välja mõtlema mooliga sarnase kontseptsiooni, oma proportsionaalsuse koefitsiendi võib olla umbes samas pallipargis .

Vt ka: Kolmogorovi keerukus.