Il numero di Avogadro:Almeno non è così difficile da ricordare come pi. Foto per gentile concessione di A. Loudermilk Ti diamo un suggerimento:non è 867-5309. Questo è il numero di Jenny, non di Avogadro. Inoltre, non troverai queste cifre scarabocchiate a pennarello sul muro del bagno pubblico. Desideri, però, scoprilo tra le pagine di un normale libro di testo di chimica:è 6.0221415 × 10 23 . scritto, è 602, 214, 150, 000, 000, 000, 000, 000 [fonte:Fox]. Poco tempo? Chiamalo semplicemente talpa.
Proprio come una dozzina sono 12 cose, un Talpa è semplicemente il numero di cose di Avogadro. In chimica, quelle "cose" sono atomi o molecole. In teoria, potresti avere una talpa di palle da baseball o qualsiasi altra cosa, ma dato che una talpa di palle da baseball coprirebbe la Terra fino a un'altezza di diverse centinaia di miglia, sarebbe difficile trovare un buon uso pratico per una talpa di qualcosa di più grande di una molecola [fonte:Hill e Kolb]. Quindi se la talpa viene usata solo per la chimica, come si sono incontrati Amedeo Avogadro (nome completo:Lorenzo Romano Amedeo Carlo Avogadro) e la chimica?
Nato in Italia nel 1776, Avogadro è cresciuto in un periodo importante nello sviluppo della chimica. Chimici come John Dalton e Joseph Louis Gay-Lussac stavano cominciando a comprendere le proprietà di base degli atomi e delle molecole, e hanno discusso animatamente di come si comportassero queste particelle infinitesimamente piccole. Gay-Lussac's legge di combinazione dei volumi Avogadro particolarmente interessato. La legge affermava che quando due volumi di gas reagiscono tra loro per creare un terzo gas, il rapporto tra il volume dei reagenti e il volume del prodotto è sempre costituito da semplici numeri interi. Ecco un esempio:due volumi di gas idrogeno si combinano con un volume di gas ossigeno per formare due volumi di vapore acqueo (almeno quando le temperature sono sufficientemente elevate) senza lasciare nulla, o:
2H 2 + O 2 --> 2H 2 oh
Armeggiando con le implicazioni di questa legge, Avogadro dedusse che perché ciò fosse vero, volumi uguali di due gas alla stessa temperatura e pressione devono contenere un numero uguale di particelle ( Legge di Avogadro ). E l'unico modo per spiegare che questa legge potrebbe essere vera per qualsiasi esempio, compreso quello che abbiamo appena citato, è se ci fosse una differenza tra atomi e molecole e che alcuni elementi, come l'ossigeno, esistono effettivamente come molecole (nel caso dell'ossigeno, oh 2 piuttosto che semplicemente O) Certo, Avogadro non aveva parole come "molecola" per descrivere la sua teoria, e le sue idee incontrarono la resistenza di John Dalton, tra gli altri. Ci vorrebbe un altro chimico di nome Stanislao Cannizzaro per portare alle idee di Avogadro l'attenzione che meritavano. Quando queste idee presero piede, Avogadro era già morto.
Allora, dove si inserisce il numero di Avogadro in questo? Poiché la legge di Avogadro si è rivelata così critica per il progresso della chimica, il chimico Jean Baptiste Perrin ha chiamato il numero in suo onore. Continua a leggere per vedere come i chimici hanno determinato il numero di Avogadro e perché, anche oggi, è una parte così importante della chimica.
Come diavolo hanno fatto i chimici a stabilire una cifra così apparentemente arbitraria per il numero di Avogadro? Per capire come è stato derivato, dobbiamo prima affrontare il concetto di unità di massa atomica (amu). Il unità di massa atomica è definito come 1/12 della massa di un atomo di carbonio-12 (l'isotopo più comune del carbonio). Ecco perché è chiaro:il carbonio-12 ha sei protoni, sei elettroni e sei neutroni, e poiché gli elettroni hanno pochissima massa, 1/12 della massa di un atomo di carbonio-12 è molto vicino alla massa di un singolo protone o di un singolo neutrone. Anche i pesi atomici degli elementi (quei numeri che vedi sotto gli elementi sulla tavola periodica) sono espressi in termini di unità di massa atomica. Ad esempio, l'idrogeno ha, in media, un peso atomico di 1.00794 amu.
Sfortunatamente, i chimici non hanno una scala in grado di misurare le unità di massa atomica, e certamente non hanno la capacità di misurare un singolo atomo o molecola alla volta per effettuare una reazione. Poiché atomi diversi pesano quantità diverse, i chimici dovevano trovare un modo per colmare il divario tra il mondo invisibile degli atomi e delle molecole e il mondo pratico dei laboratori di chimica pieni di bilance che misurano in grammi. Per fare ciò, hanno creato una relazione tra l'unità di massa atomica e il grammo, e quella relazione assomiglia a questa:
1 amu =1/6.0221415 x 10 23 grammi
Questa relazione significa che se avessimo il numero di Avogadro, o una talpa, di atomi di carbonio-12 (che ha un peso atomico di 12 amu per definizione), quel campione di carbonio-12 peserebbe esattamente 12 grammi. I chimici usano questa relazione per convertire facilmente tra l'unità misurabile di un grammo e l'unità invisibile delle talpe, di atomi o molecole.
Ora che sappiamo come torna utile il numero di Avogadro, dobbiamo esaminare un'ultima domanda:come hanno fatto i chimici a determinare quanti atomi ci sono in una mole in primo luogo? La prima stima approssimativa è arrivata per gentile concessione del fisico Robert Millikan, che ha misurato la carica di un elettrone. La carica di una mole di elettroni, chiamato a Faraday , era già noto quando Millikan fece la sua scoperta.
Dividendo un Faraday per la carica di un elettrone, poi, ci dà il numero di Avogadro. Col tempo, gli scienziati hanno trovato modi nuovi e più accurati per stimare il numero di Avogadro, più di recente utilizzando tecniche avanzate come l'uso dei raggi X per esaminare la geometria di una sfera di silicio da 1 chilogrammo ed estrapolare il numero di atomi che conteneva da quei dati. E mentre il chilogrammo è la base per tutte le unità di massa, alcuni scienziati vogliono invece iniziare a usare il numero di Avogadro, allo stesso modo in cui ora definiamo la lunghezza di un metro in base alla velocità della luce invece del contrario.
Mole Day:Un giorno dopo il cuore di un chimicoProbabilmente non avrai un giorno libero dal lavoro o troverai la tua farmacia locale piena di biglietti che celebrano l'occasione, ma il Mole Day viene celebrato ogni anno dai chimici di tutto il mondo. Poiché il numero di Avogadro è 6.022 × 10 23 , ha senso solo che la vacanza inizi alle 6:02 del mattino ogni 23 ottobre. I festaioli raccontano barzellette sulla chimica, soffiano bolle di gas naturale che incendiano, brindare con bevande refrigerate da ghiaccio secco e recitare anche la talpa giuramento di fedeltà.
Un ringraziamento speciale a Meisa Salaita, mago della chimica a tutto tondo e il direttore per l'istruzione e la divulgazione, Centro NSF per l'evoluzione chimica, per la sua assistenza con questo articolo.
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