Yuav Ua Li Cas Txheeb Xyuas Avogadro Tus Naj Npawb
Tus lej Avogadro yog ib qho ntawm cov tswv yim tseem ceeb tshaj plaws hauv kev tshawb fawb txog chemistry thiab physics niaj hnub no vim nws ua haujlwm ua tus choj ntawm lub ntiaj teb me me (atoms, molecules, ions) thiab lub ntiaj teb macroscopic (grams, litres, thiab cov khoom uas peb tuaj yeem hnyav). Kev nkag siab txog yuav ua li cas txiav txim siab tus lej Avogadro ua rau nws yooj yim dua los nkag siab txog lub tswv yim ntawm moles, xam tus lej ntawm cov khoom me me hauv ib yam khoom, thiab daws ntau yam teeb meem stoichiometry. Tsab xov xwm no tham txog kev txhais ntawm tus lej Avogadro, nws lub hauv paus theoretical, thiab ntau txoj hauv kev los txiav txim siab tus lej Avogadro siv hauv kev tshawb fawb.
To taub Avogadro tus lej
Tus lej Avogadro (qhia los ntawm \(N_A\)) yog tus lej ntawm cov khoom me me (atoms, molecules, lossis lwm yam khoom) uas muaj nyob hauv 1 mole ntawm ib yam khoom. Tus nqi tam sim no lees txais ntawm tus lej Avogadro yog:
\[
N_A = 6{,}02214076 \times 10^{23}\ \text{mol}^{-1}
\]
Tus lej no loj heev vim tias cov khoom me me uas ua rau muaj teeb meem me heev. Piv txwv li, 1 mole dej muaj kwv yees li \(6{,}02 \times 10^{23}\) cov dej molecules. Tus lej Avogadro tsis yog tus lej "nco qab" xwb, tab sis yog qhov tshwm sim ntawm kev ntsuas thiab cov lus txhais uas tau tsim los ntawm kev sim ntev thoob plaws keeb kwm ntawm kev tshawb fawb.
Kev Sib Raug Zoo ntawm Avogadro's Number thiab Lub Tswv Yim ntawm Moles
Lub tswv yim ntawm ib lub mole yog txhais tias yog ib chav ntawm qhov ntau ntawm ib yam khoom. Hauv cov lus yooj yim:
- 1 mole ntawm ib yam khoom = \(N_A\) cov khoom me me ntawm yam khoom ntawd.
- Qhov hnyav ntawm 1 mole ntawm ib yam khoom (hauv grams) yog sib npaug rau nws qhov hnyav molar.
Piv txwv li, qhov hnyav molar ntawm carbon-12 yog 12 g/mol. Qhov no txhais tau tias 12 grams ntawm carbon-12 muaj \(6{,}022 \times 10^{23}\) carbon-12 atoms. Qhov kev sib raug zoo no tso cai rau peb xam tus naj npawb ntawm cov khoom me me los ntawm qhov hnyav uas tuaj yeem ntsuas tau hauv chav kuaj mob.
Vim li cas Avogadro tus lej thiaj li yuav tsum tau "Txiav txim siab"?
Keeb kwm, tus nqi ntawm Avogadro tus lej tsis tau paub ncaj qha. Cov kws tshawb fawb xav tau nrhiav txoj hauv kev los txuas cov kev ntsuas macroscopic (qhov hnyav, ntim, hluav taws xob) rau tus lej ntawm cov khoom me me. Yog li ntawd, Avogadro tus lej tau txiav txim siab los ntawm ntau txoj kev sim thiab cov kev xav.
Niaj hnub no, Avogadro tus lej tau txhais meej heev. Txij li thaum xyoo 2019 SI rov txhais dua, tus nqi ntawm \(N_A\) txawm tias txhais meej tias \(6{,}02214076 \times 10^{23}\). Txawm li cas los xij, rau lub hom phiaj kev kawm, kev nkag siab txog Avogadro tus lej raug txiav txim siab li cas tseem ceeb, vim nws pab peb nkag siab tias tus lej los qhov twg thiab kev tshawb fawb ntsuas nws li cas.
Txoj Kev 1: Kev Mus Los Ntawm Atomic Mass (Carbon-12)
Ib qho ntawm txoj hauv kev yooj yim tshaj plaws los nkag siab txog Avogadro tus lej yog los ntawm tus qauv carbon-12. Lub mole tau txhais ua tus lej ntawm cov atoms hauv 12 grams ntawm carbon-12. Yog tias peb paub qhov hnyav ntawm ib lub carbon-12 atom, ces Avogadro tus lej tuaj yeem suav tau:
\[
N_A = \frac{\text{qhov hnyav ntawm 1 mole}}{\text{qhov hnyav ntawm 1 atom}}
\]
Txij li thaum qhov hnyav ntawm 1 mole ntawm carbon-12 yog 12 grams, ces:
\[
N_A = \frac{12\ \text{g}}{m_{\text{C-12 atom}}}
\]
Qhov teeb meem yog, qhov hnyav ntawm ib lub atom yog me heev thiab tsis tuaj yeem ntsuas ncaj qha nrog lub ntsuas ib txwm muaj. Txawm li cas los xij, nrog rau kev txhim kho ntawm cov thev naus laus zis xws li mass spectrometry thiab atomic-scale measurement techniques, atomic mass tuaj yeem txiav txim siab tsis ncaj qha. Txoj kev no muab lub hauv paus ruaj khov rau Avogadro tus lej cuam tshuam li cas rau atomic mass.
Txoj Kev 2: Txoj Kev Electrolysis (Faraday Txoj Cai)
Lwm txoj kev paub zoo rau kev txiav txim siab Avogadro tus lej siv electrolysis, cov txheej txheem ntawm kev rhuav tshem cov khoom siv hluav taws xob. Faraday txoj cai hais tias qhov ntau ntawm cov khoom cuam tshuam hauv electrolysis yog proportional rau qhov ntau ntawm cov nqi hluav taws xob ntws.
Lub tswv yim tseem ceeb ntawm txoj kev no yog kev txuas:
- Tag nrho cov nqi ntawm 1 mole ntawm electrons (hu ua Faraday's constant, \(F\))
- Tus nqi ntawm ib lub electron (\(e\))
Yog tias peb paub Faraday tus nqi tas li thiab tus nqi ntawm ib lub electron, Avogadro tus lej tuaj yeem suav tau li:
\[
N_A = \frac{F}{e}
\]
Faraday tus nqi tas mus li yog kwv yees li:
\[
F \kwv yees li 96485 \text{C/mol}
\]
Cov nqi hluav taws xob:
\[
e \approx 1{,}602 \times 10^{-19}\ \text{C}
\]
Yog li ntawd roughly:
\[
N_A \approx \frac{96485}{1{,}602 \times 10^{-19}} \approx 6{,}02 \times 10^{23}
\]
Qhov no yog ib txoj kev zoo nkauj heev vim nws txuas cov xwm txheej tshuaj lom neeg (redox reactions) rau cov kev hloov pauv tseem ceeb ntawm physics (electron charge).
Txoj Kev 3: Txoj Kev Siv Silicon Crystal (Txoj Kev Siv X-ray Crystal Density)
Hauv kev ntsuas niaj hnub no, ib txoj hauv kev tseeb tshaj plaws los txiav txim siab Avogadro tus lej yog siv cov siv lead ua silicon ntshiab heev. Txoj kev no siv qhov tseeb tias cov siv lead ua muaj cov khoom sib xyaw ua ke, thiab qhov deb ntawm cov atoms tuaj yeem ntsuas tau siv X-ray diffraction.
Kev piav qhia dav dav:
1. Siv ib lub pob silicon uas muaj qhov huv siab thiab zoo li yuav luag zoo meej.
2. Ntsuas qhov ntim ntawm lub pob nrog kev ntsuas zoo.
3. Ntsuas qhov hnyav ntawm lub pob kom paub nws qhov ceev.
4. Siv cov ntaub ntawv qauv siv lead ua los ntawm silicon los nrhiav seb muaj pes tsawg lub atoms nyob hauv ib lub ntim.
Los ntawm kev paub tus naj npawb ntawm cov atoms hauv ib qho ntim thiab txuas nws rau tag nrho cov pawg, cov kws tshawb fawb tuaj yeem xam seb muaj pes tsawg atoms nyob rau hauv 1 mole, uas yog Avogadro tus lej. Txoj kev no yog lub hauv paus tseem ceeb hauv kev tsim cov SI constants.
Txoj Kev 4: Txoj Kev Siv Roj Zoo Tshaj Plaws (Lub Tswv Yim Keeb Kwm)
Keeb kwm, Avogadro lub tswv yim pib nrog cov pa roj: "Ntawm tib qhov kub thiab siab, cov pa roj sib npaug muaj cov lej sib npaug ntawm cov khoom me me." Txawm hais tias txoj hauv kev no tsis muab tus nqi ntawm \(N_A\ ncaj qha, nws tau tsim txoj hauv kev rau kev sib txuas cov ntim roj, tus lej ntawm moles, thiab tus lej ntawm cov khoom me me.
Piv txwv li, ntawm STP (lub ntsiab lus qub: 0°C thiab 1 atm), 1 mole ntawm cov roj zoo tagnrho siv qhov ntim ntawm kwv yees li 22,4 L. Yog tias muaj ib hnub peb tuaj yeem xam tus lej ntawm cov khoom me me hauv qhov ntim ntawd los ntawm kev sim microscopic, ces Avogadro tus lej tuaj yeem tau txais. Hauv kev xyaum, txoj kev roj zoo tagnrho yog qhov tsim nyog dua li lub hauv paus ntsiab lus ntawm theem tsev kawm ntawv, vim tias kev txiav txim siab meej ntawm \(N_A\) xav tau cov txheej txheem raug dua xws li electrolysis thiab silicon crystals.
Yuav Siv Avogadro Tus Naj Npawb Li Cas Hauv Kev Xam Xaj
Txawm hais tias kev txiav txim siab meej ntawm Avogadro tus lej ua los ntawm cov kws tshawb fawb nrog cov khoom siv zoo heev, cov tub ntxhais kawm thiab cov tub ntxhais kawm qib siab feem ntau "txiav txim siab" tus lej ntawm cov khoom me me siv tus nqi \(N_A\). Cov mis siv feem ntau yog:
1. Tus naj npawb ntawm cov moles los ntawm pawg:
\[
n = \frac{m}{M}
\]
nrog (m) = qhov hnyav (g) thiab (M) = qhov hnyav molar (g/mol).
2. Tus naj npawb ntawm cov khoom me me:
\[
N = n x N_A
\]
Piv txwv sai: Muaj pes tsawg lub molecule nyob rau hauv 18 grams dej (\(H_2O\))?
– Molar mass ntawm dej = 18 g/mol
- Moles dej = \(18/18 = 1\) moles
– Tus naj npawb ntawm cov molecule = \(1 \times 6{,}02 \times 10^{23} = 6{,}02 \times 10^{23}\)
Xaus
Txoj kev txiav txim siab Avogadro tus lej tuaj yeem nkag siab los ntawm ntau txoj hauv kev tseem ceeb: kev sib raug zoo ntawm cov pawg atomic (carbon-12), electrolysis los ntawm Faraday txoj cai, txoj kev siv silicon crystal nrog X-ray diffraction, thiab txoj hauv kev xav txog cov pa roj zoo tagnrho. Los ntawm ntau txoj hauv kev no, nws pom tseeb tias Avogadro tus lej tsis yog tus lej "random", tab sis yog qhov tshwm sim ntawm kev ntsuas kev tshawb fawb uas txuas cov nplai atomic nrog cov nplai peb tuaj yeem ntsuas hauv lub neej txhua hnub. Los ntawm kev nkag siab txog cov txheej txheem ntawm kev txiav txim siab nws, peb tsis tsuas yog nco qab nws tus nqi tab sis kuj nkag siab txog lub ntsiab lus tshawb fawb tom qab lub tswv yim ntawm mole thiab kev suav tshuaj lom neeg tag nrho.
