របៀបកំណត់ចំនួនអាវ៉ូហ្គាដ្រូ

របៀបកំណត់ចំនួនអាវ៉ូហ្គាដ្រូ

ចំនួនអាវ៉ូហ្គាដ្រូ គឺជាគោលគំនិតសំខាន់បំផុតមួយនៅក្នុងគីមីវិទ្យា និងរូបវិទ្យាសម័យទំនើប ពីព្រោះវាដើរតួជាស្ពានរវាងពិភពមីក្រូទស្សន៍ (អាតូម ម៉ូលេគុល អ៊ីយ៉ុង) និងពិភពម៉ាក្រូស្កុប (ក្រាម លីត្រ និងវត្ថុដែលយើងអាចថ្លឹងទម្ងន់បាន)។ ការយល់ដឹងពីរបៀបកំណត់ចំនួនអាវ៉ូហ្គាដ្រូ ធ្វើឱ្យវាកាន់តែងាយស្រួលក្នុងការយល់ពីគោលគំនិតនៃម៉ូល គណនាចំនួនភាគល្អិតនៅក្នុងសារធាតុ និងដោះស្រាយបញ្ហាស្តូគីយ៉ូម៉ែត្រីផ្សេងៗ។ អត្ថបទនេះពិភាក្សាអំពីនិយមន័យនៃចំនួនអាវ៉ូហ្គាដ្រូ មូលដ្ឋានទ្រឹស្តីរបស់វា និងវិធីសាស្រ្តជាច្រើនសម្រាប់កំណត់ចំនួនអាវ៉ូហ្គាដ្រូ ដែលប្រើក្នុងវិទ្យាសាស្ត្រ។

ការយល់ដឹងអំពីចំនួនអាវ៉ូហ្គាដ្រូ

ចំនួនអាវ៉ូហ្គាដ្រូ (តាងដោយ \(N_A\)) គឺជាចំនួនភាគល្អិត (អាតូម ម៉ូលេគុល ឬអង្គភាពផ្សេងទៀត) ដែលមាននៅក្នុង 1 ម៉ូលនៃសារធាតុមួយ។ តម្លៃដែលទទួលយកបច្ចុប្បន្ននៃចំនួនអាវ៉ូហ្គាដ្រូគឺ៖

\[
N_A = 6{,}02214076 \ដង 10^{23}\ \អត្ថបទ{mol}^{-1}
\]

ចំនួននេះមានទំហំធំណាស់ ពីព្រោះភាគល្អិតដែលបង្កើតជារូបធាតុមានទំហំតូចណាស់។ ឧទាហរណ៍ ទឹក 1 ម៉ូលមានម៉ូលេគុលទឹកប្រហែល \(6{,}02 \times 10^{23}\)។ ចំនួនរបស់ Avogadro មិនមែនគ្រាន់តែជាចំនួន "ទន្ទេញចាំ" នោះទេ ប៉ុន្តែជាលទ្ធផលនៃការវាស់វែង និងនិយមន័យដែលបានបង្កើតឡើងតាមរយៈការពិសោធន៍ដ៏វែងឆ្ងាយពេញមួយប្រវត្តិសាស្ត្រវិទ្យាសាស្ត្រ។

ទំនាក់ទំនងរវាងចំនួន Avogadro និងគោលគំនិតនៃ Moles

គោលគំនិតនៃម៉ូលត្រូវបានកំណត់ថាជាឯកតានៃបរិមាណនៃសារធាតុមួយ។ និយាយឱ្យសាមញ្ញ៖

– ១ ម៉ូល​នៃ​សារធាតុ = \(N_A\) ភាគល្អិត​នៃ​សារធាតុ​នោះ។
- ម៉ាស់ 1 ម៉ូលនៃសារធាតុមួយ (គិតជាក្រាម) គឺស្មើនឹងម៉ាស់ម៉ូលរបស់វា។

ឧទាហរណ៍ ម៉ាស់ម៉ូលនៃកាបូន-១២ គឺ 12 ក្រាម/ម៉ូល។ នេះមានន័យថា កាបូន-១២ ចំនួន 12 ក្រាមមានផ្ទុកអាតូមកាបូន-១២ \(6{,}022 \x10^{23}\)។ ទំនាក់ទំនងនេះអនុញ្ញាតឱ្យយើងគណនាចំនួនភាគល្អិតពីម៉ាស់ដែលអាចថ្លឹងថ្លែងនៅក្នុងមន្ទីរពិសោធន៍។

ហេតុអ្វីបានជាចំនួន Avogadro ត្រូវការកំណត់?

តាមប្រវត្តិសាស្ត្រ តម្លៃនៃចំនួនអាវ៉ូហ្គាដ្រូមិនត្រូវបានគេដឹងដោយផ្ទាល់ទេ។ អ្នកវិទ្យាសាស្ត្រត្រូវស្វែងរកវិធីដើម្បីភ្ជាប់ការវាស់វែងម៉ាក្រូស្កុប (ម៉ាស់ បរិមាណ បន្ទុកអគ្គិសនី) ទៅនឹងចំនួនភាគល្អិត។ ដូច្នេះ ចំនួនអាវ៉ូហ្គាដ្រូត្រូវបានកំណត់តាមរយៈវិធីសាស្ត្រពិសោធន៍ និងវិធីសាស្រ្តទ្រឹស្តីផ្សេងៗ។

សព្វថ្ងៃនេះ ចំនួន Avogadro ត្រូវបានកំណត់យ៉ាងច្បាស់លាស់។ ចាប់តាំងពីការកំណត់ឡើងវិញនៃ SI ឆ្នាំ 2019 តម្លៃនៃ \(N_A\) ត្រូវបានកំណត់យ៉ាងពិតប្រាកដថាជា \(6{,}02214076 \times 10^{23}\)។ ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ សម្រាប់គោលបំណងអប់រំ ការយល់ដឹងពីរបៀបដែលចំនួន Avogadro ត្រូវបានកំណត់នៅតែមានសារៈសំខាន់ ព្រោះវាជួយយើងឱ្យយល់ពីកន្លែងដែលចំនួននេះមកពីណា និងរបៀបដែលវិទ្យាសាស្ត្រវាស់វែងវា។

វិធីសាស្ត្រទី 1: វិធីសាស្រ្តពីម៉ាស់អាតូម (កាបូន-12)

មធ្យោបាយមួយក្នុងចំណោមមធ្យោបាយជាមូលដ្ឋានបំផុតដើម្បីយល់ពីចំនួនអាវ៉ូហ្គាដ្រូ គឺតាមរយៈស្តង់ដារកាបូន-12។ ម៉ូលធ្លាប់ត្រូវបានកំណត់ថាជាចំនួនអាតូមនៅក្នុងកាបូន-12 ចំនួន 12 ក្រាមយ៉ាងពិតប្រាកដ។ ប្រសិនបើយើងដឹងពីម៉ាស់នៃអាតូមកាបូន-12 មួយ នោះចំនួនអាវ៉ូហ្គាដ្រូអាចត្រូវបានគណនា៖

\[
N_A = \frac{\text{ម៉ាស់នៃ 1 ម៉ូល}}{\text{ម៉ាស់នៃ 1 អាតូម}}
\]

ដោយសារម៉ាស់ 1 ម៉ូលនៃកាបូន-12 គឺ 12 ក្រាម នោះ៖

\[
N_A = \frac{12\ \text{g}}{m_{\text{C-12 អាតូម}}}
\]

បញ្ហាគឺថា ម៉ាស់របស់អាតូមតែមួយគឺតូចណាស់ ហើយមិនអាចវាស់ដោយផ្ទាល់បានយ៉ាងងាយស្រួលជាមួយនឹងតុល្យភាពធម្មតានោះទេ។ ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ ជាមួយនឹងការអភិវឌ្ឍបច្ចេកវិទ្យាដូចជា វិសាលគមម៉ាស់ និងបច្ចេកទេសវាស់ស្ទង់មាត្រដ្ឋានអាតូម ម៉ាស់អាតូមអាចត្រូវបានកំណត់ដោយប្រយោល។ វិធីសាស្ត្រនេះផ្តល់នូវមូលដ្ឋានគំនិតដ៏រឹងមាំមួយសម្រាប់របៀបដែលចំនួន Avogadro ទាក់ទងនឹងម៉ាស់អាតូម។

វិធីសាស្ត្រទី 2: វិធីសាស្ត្រអេឡិចត្រូលីស (ច្បាប់ហ្វារ៉ាដេយ)

វិធីសាស្ត្រ​ល្បី​មួយ​ទៀត​សម្រាប់​កំណត់​ចំនួន​អាវ៉ូហ្គាដ្រូ​ប្រើ​អេឡិចត្រូលីស ដែល​ជា​ដំណើរការ​នៃ​ការ​រលួយ​សារធាតុ​ដោយ​ប្រើ​ចរន្ត​អគ្គិសនី។ ច្បាប់​របស់​ហ្វារ៉ាដេយ​ចែង​ថា បរិមាណ​សារធាតុ​ដែល​មាន​ប្រតិកម្ម​ក្នុង​អេឡិចត្រូលីស​គឺ​សមាមាត្រ​ទៅ​នឹង​បរិមាណ​បន្ទុក​អគ្គិសនី​ដែល​ហូរ។

គំនិតសំខាន់នៃវិធីសាស្ត្រនេះគឺភ្ជាប់៖
– បន្ទុកសរុបនៃអេឡិចត្រុង 1 ម៉ូល (ហៅថា ថេរហ្វារ៉ាដេយ \(F\))
- បន្ទុកអេឡិចត្រុងមួយ (e)

ប្រសិនបើយើងដឹងពីថេរហ្វារ៉ាដេយ និងបន្ទុកអេឡិចត្រុង នោះចំនួនអាវ៉ូហ្គាដ្រូអាចត្រូវបានគណនាដូចខាងក្រោម៖

\[
N_A = \frac{F}{e}
\]

ចំនួនថេររបស់ហ្វារ៉ាដេយគឺប្រហាក់ប្រហែល៖

\[
F \ប្រហែល 96485\ \text{C/mol}
\]

បន្ទុកអេឡិចត្រុង៖

\[
e \approx 1{,}602 \x10^{-19} \ \text{C}
\]

ដូច្នេះប្រហែល៖

\[
N_A \approx \frac{96485}{1{,}602 \x10^{-19}} \approx 6{,}02 \x10^{23}
\]

នេះ​ជា​វិធី​ដ៏​ប្រណិត​មួយ​ ពី​ព្រោះ​វា​ភ្ជាប់​បាតុភូត​គីមី (ប្រតិកម្ម​រីដុក) ទៅ​នឹង​ថេរ​មូលដ្ឋាន​នៃ​រូបវិទ្យា (បន្ទុក​អេឡិចត្រុង)។

វិធីសាស្ត្រទី 3: វិធីសាស្ត្រគ្រីស្តាល់ស៊ីលីកុន (វិធីសាស្ត្រដង់ស៊ីតេគ្រីស្តាល់កាំរស្មីអ៊ិច)

នៅក្នុងរង្វាស់វិទ្យាទំនើប វិធីសាស្ត្រមួយក្នុងចំណោមវិធីសាស្ត្រដែលត្រឹមត្រូវបំផុតសម្រាប់កំណត់ចំនួនអាវ៉ូហ្គាដ្រូ គឺប្រើគ្រីស្តាល់ស៊ីលីកុនសុទ្ធខ្លាំង។ វិធីសាស្ត្រនេះទាញយកប្រយោជន៍ពីការពិតដែលថាគ្រីស្តាល់មានការរៀបចំអាតូមធម្មតា ហើយចម្ងាយរវាងអាតូមអាចត្រូវបានវាស់ដោយប្រើឌីផ្រាក់ស្យុងកាំរស្មីអ៊ិច។

ទិដ្ឋភាពទូទៅ៖
១. យកស្វ៊ែរស៊ីលីកុនដែលមានភាពបរិសុទ្ធខ្ពស់ និងមានរាងស្ទើរតែល្អឥតខ្ចោះ។
2. វាស់បរិមាណបាល់ដោយភាពជាក់លាក់ខ្ពស់។
៣. វាស់ម៉ាស់បាល់ដើម្បីរកដង់ស៊ីតេរបស់វា។
៤. ប្រើប្រាស់ទិន្នន័យរចនាសម្ព័ន្ធគ្រីស្តាល់ស៊ីលីកុន ដើម្បីរកមើលចំនួនអាតូមដែលមានក្នុងមួយឯកតាបរិមាណ។

តាមរយៈការដឹងពីចំនួនអាតូមនៅក្នុងបរិមាណដែលបានផ្តល់ឱ្យ ហើយភ្ជាប់វាទៅនឹងម៉ាស់សរុប អ្នកវិទ្យាសាស្ត្រអាចគណនាចំនួនអាតូមដែលមាននៅក្នុង 1 ម៉ូល ដែលជាចំនួនរបស់ Avogadro។ វិធីសាស្ត្រនេះគឺជាសសរស្តម្ភសំខាន់ក្នុងការបង្កើតចំនួនថេរ SI។

វិធីសាស្រ្តទី 4: វិធីសាស្រ្តឧស្ម័នដ៏ល្អ (គោលគំនិតប្រវត្តិសាស្ត្រ)

តាមប្រវត្តិសាស្ត្រ គំនិតរបស់ Avogadro បានចាប់ផ្តើមជាមួយនឹងឧស្ម័ន៖ "នៅសីតុណ្ហភាព និងសម្ពាធដូចគ្នា បរិមាណឧស្ម័នស្មើគ្នា មានចំនួនភាគល្អិតស្មើគ្នា"។ ខណៈពេលដែលវិធីសាស្រ្តនេះមិនផ្តល់តម្លៃ \(N_A\ ដោយផ្ទាល់ទេ វាបានបើកផ្លូវសម្រាប់ការទាក់ទងបរិមាណឧស្ម័ន ចំនួនម៉ូល និងចំនួនភាគល្អិត។

ឧទាហរណ៍ នៅ STP (និយមន័យចាស់៖ 0°C និង 1 atm) ឧស្ម័នដ៏ល្អ 1 ម៉ូល កាន់កាប់បរិមាណប្រហែល 22,4 លីត្រ។ ប្រសិនបើថ្ងៃណាមួយយើងអាចគណនាចំនួនភាគល្អិតនៅក្នុងបរិមាណនោះតាមរយៈការពិសោធន៍មីក្រូទស្សន៍ នោះចំនួនរបស់ Avogadro អាចទទួលបាន។ នៅក្នុងការអនុវត្ត វិធីសាស្ត្រឧស្ម័នដ៏ល្អគឺសមស្របជាងជាមូលដ្ឋានគ្រឹះគំនិតនៅកម្រិតសាលារៀន ពីព្រោះការកំណត់ច្បាស់លាស់នៃ \(N_A\) តម្រូវឱ្យមានវិធីសាស្ត្រត្រឹមត្រូវជាងដូចជាអេឡិចត្រូលីស និងគ្រីស្តាល់ស៊ីលីកុន។

របៀបប្រើលេខ Avogadro ក្នុងការគណនា

ទោះបីជាការកំណត់យ៉ាងច្បាស់លាស់នៃចំនួន Avogadro ត្រូវបានអនុវត្តដោយអ្នកវិទ្យាសាស្ត្រជាមួយនឹងឧបករណ៍ទំនើបៗក៏ដោយ សិស្ស និងនិស្សិតមហាវិទ្យាល័យភាគច្រើនតែងតែ "កំណត់" ចំនួនភាគល្អិតដោយប្រើតម្លៃ \(N_A\)។ រូបមន្តដែលប្រើជាទូទៅគឺ៖

១. ចំនួនម៉ូលពីម៉ាស់៖
\[
n = \frac{m}{M}
\]
ដែល \(m\) = ម៉ាស់ (g) និង \(M\) = ម៉ាស់ម៉ូឡា (g/mol)។

២. ចំនួនភាគល្អិត៖
\[
N = n គុណ N_A
\]

ឧទាហរណ៍រហ័ស៖ តើមានម៉ូលេគុលប៉ុន្មាននៅក្នុងទឹក 18 ក្រាម (\(H_2O\))?
– ម៉ាស់ម៉ូលនៃទឹក = 18 ក្រាម/ម៉ូល
– ម៉ូលទឹក = \(18/18 = 1\) ម៉ូល
– ចំនួនម៉ូលេគុល = \(1 \x6{,}02 \x10^{23} = 6{,}02 \x10^{23}\)

សេចក្តីសន្និដ្ឋាន

វិធីសាស្ត្រសម្រាប់កំណត់ចំនួន Avogadro អាចយល់បានតាមរយៈវិធីសាស្ត្រសំខាន់ៗជាច្រើន៖ ទំនាក់ទំនងរវាងម៉ាស់អាតូម (កាបូន-12) អេឡិចត្រូលីសតាមរយៈច្បាប់ហ្វារ៉ាដេយ វិធីសាស្ត្រគ្រីស្តាល់ស៊ីលីកុនជាមួយនឹងការឌីផ្រាក់ស្យុងកាំរស្មីអ៊ិច និងវិធីសាស្ត្រគំនិតនៃឧស្ម័នដ៏ល្អ។ ពីវិធីសាស្ត្រផ្សេងៗទាំងនេះ វាច្បាស់ណាស់ថាចំនួន Avogadro មិនមែនជាចំនួន "ចៃដន្យ" ទេ ប៉ុន្តែជាលទ្ធផលនៃការវាស់វែងវិទ្យាសាស្ត្រដែលភ្ជាប់មាត្រដ្ឋានអាតូមជាមួយនឹងមាត្រដ្ឋានដែលយើងអាចវាស់វែងក្នុងជីវិតប្រចាំថ្ងៃ។ តាមរយៈការយល់ដឹងអំពីដំណើរការនៃការកំណត់វា យើងមិនត្រឹមតែទន្ទេញចាំតម្លៃរបស់វាប៉ុណ្ណោះទេ ប៉ុន្តែថែមទាំងយល់អំពីអត្ថន័យវិទ្យាសាស្ត្រនៅពីក្រោយគោលគំនិតនៃការគណនាម៉ូល និងគីមីទាំងមូលផងដែរ។