Bawo ni a ṣe le pinnu nọmba Avogadro
Nọ́mbà Avogadro jẹ́ ọ̀kan lára àwọn èrò pàtàkì jùlọ nínú kẹ́mísírì àti fisíìsì òde òní nítorí pé ó ń ṣiṣẹ́ gẹ́gẹ́ bí afárá láàrín ayé aláìlágbára (àwọn átọ̀mù, mókúlúkù, àwọn ion) àti ayé macroscopic (gíráàmù, lítà, àti àwọn ohun tí a lè wọ̀n). Lílóye bí a ṣe lè pinnu nọ́mbà Avogadro mú kí ó rọrùn láti lóye èrò àwọn moles, ṣírò iye àwọn èròjà inú ohun kan, àti yanjú onírúurú ìṣòro stoichiometry. Àpilẹ̀kọ yìí jíròrò ìtumọ̀ nọ́mbà Avogadro, ìpìlẹ̀ ìmọ̀ rẹ̀, àti ọ̀pọ̀lọpọ̀ ọ̀nà láti pinnu nọ́mbà Avogadro tí a lò nínú ìmọ̀ sáyẹ́ǹsì.
Lílóye Nọ́mbà Avogadro
Nọ́mbà Avogadro (tí \(N_A\) tọ́ka sí) ni iye àwọn èròjà (átọ̀mù, mókúlùkù, tàbí àwọn ohun mìíràn) tí ó wà nínú mókúlù 1 ti ohun kan. Iye tí a gbà lọ́wọ́lọ́wọ́ ti nọ́mbà Avogadro ni:
\[
N_A = 6{,}02214076 \igba 10^{23}\ \text{mol}^{-1}
\]
Nọ́mbà yìí tóbi gan-an nítorí pé àwọn èròjà tí ó para pọ̀ di ohun èlò kéré gan-an. Fún àpẹẹrẹ, móólù omi kan ní nǹkan bí \(6{,}02 \times 10^{23}\) àwọn mọ́líkúùlù omi. Nọ́mbà Avogadro kìí ṣe nọ́mbà "tí a ti kọ̀ sílẹ̀" nìkan, ṣùgbọ́n ó jẹ́ àbájáde àwọn ìwọ̀n àti ìtumọ̀ tí a fi ìdí múlẹ̀ nípasẹ̀ àwọn àyẹ̀wò gígùn jálẹ̀ ìtàn ìmọ̀ sáyẹ́ǹsì.
Àjọṣepọ̀ láàrín Nọ́mbà Avogadro àti Èrò Àwọn Moles
A túmọ̀ èrò mole gẹ́gẹ́ bí ìwọ̀n iye ohun kan. Ní ọ̀rọ̀ tó rọrùn:
– 1 moolu ti nkan kan = \(N_A\) awọn patikulu ti nkan naa.
– Ìwọ̀n mole 1 ti ohun kan (ni giramu) dọgba pẹlu iwuwo molar rẹ̀.
Fún àpẹẹrẹ, ìwọ̀n molar ti carbon-12 jẹ́ 12 g/mol. Èyí túmọ̀ sí wípé 12 giramu ti carbon-12 ní \(6{,}022 \times 10^{23}\) àwọn átọ̀mù carbon-12. Ìbáṣepọ̀ yìí gbà wá láàyè láti ṣírò iye àwọn pàtákì láti inú ìwọ̀n tí a lè wọ̀n ní yàrá ìwádìí.
Kí ló dé tí a fi nílò láti "pinnu" nọ́mbà Avogadro?
Ní ìtàn, a kò mọ iye nọ́mbà Avogadro ní tààrà. Àwọn onímọ̀ sáyẹ́ǹsì nílò láti wá ọ̀nà láti so àwọn ìwọ̀n macroscopic (ìwọ̀n, ìwọ̀n, agbára iná mànàmáná) pọ̀ mọ́ iye àwọn èròjà. Nítorí náà, a pinnu nọ́mbà Avogadro nípasẹ̀ onírúurú ọ̀nà ìwádìí àti ọ̀nà ìmọ̀.
Lónìí, a ti túmọ̀ nọ́mbà Avogadro ní pàtó. Láti ìgbà tí a ti ṣe àtúnsọ SI ti ọdún 2019, iye \(N_A\) ni a ti túmọ̀ gẹ́gẹ́ bí \(6{,}02214076 \times 10^{23}\). Síbẹ̀síbẹ̀, fún ète ẹ̀kọ́, òye bí a ṣe ń pinnu nọ́mbà Avogadro ṣì ṣe pàtàkì, nítorí ó ń ràn wá lọ́wọ́ láti lóye ibi tí nọ́mbà náà ti wá àti bí ìmọ̀ sáyẹ́ǹsì ṣe ń wọn án.
Ọ̀nà 1: Ọ̀nà láti Ibi Àtọmíkà (Carbon-12)
Ọ̀kan lára àwọn ọ̀nà pàtàkì láti lóye nọ́mbà Avogadro ni nípasẹ̀ ìwọ̀n carbon-12. Wọ́n ti ṣàlàyé moolu náà tẹ́lẹ̀ gẹ́gẹ́ bí iye àwọn átọ̀mù nínú 12 giramu ti carbon-12. Tí a bá mọ ìwọ̀n átọ̀mù carbon-12 kan, a lè ṣírò nọ́mbà Avogadro:
\[
N_A = \frac{\text{ibisi ti moolu 1}}{\text{ibisi ti atomu 1}}
\]
Níwọ́n ìgbà tí ìwọ̀n mole 1 ti erogba-12 jẹ́ 12 giramu, nígbà náà:
\[
N_A = \frac{12\ \text{g}}{m_{\text{C-12 átọ́mù}}}
\]
Iṣoro naa ni pe, iwuwo atomu kan kere pupọ ati pe a ko le wọn taara pẹlu iwọntunwọnsi ibile. Sibẹsibẹ, pẹlu idagbasoke awọn imọ-ẹrọ bii awọn iwọn wiwọn mass ati awọn ọna wiwọn atomiki-scale, a le pinnu ibi-atomiki ni aiṣe taara. Ọna yii pese ipilẹ imọran ti o lagbara fun bi nọmba Avogadro ṣe ni ibatan si ibi-atomiki.
Ọ̀nà 2: Ọ̀nà Electrolysis (Òfin Faraday)
Ọ̀nà míràn tí a mọ̀ dáadáa láti mọ nọ́mbà Avogadro ni láti lo electrolysis, ìlànà tí a fi ń tú ohun kan jáde nípa lílo ìṣàn iná mànàmáná. Òfin Faraday sọ pé iye ohun tí ó ń ṣe àtúnṣe nínú electrolysis jẹ́ ìwọ̀n iye agbára iná mànàmáná tí ń ṣàn.
Ero pataki ti ọna yii ni lati sopọ:
– Àpapọ̀ agbára móólù 1 ti àwọn elektroni (tí a ń pè ní Faraday's constant, \(F\))
– Gbigba agbara elekitironi kan (\(e\))
Tí a bá mọ iye Faraday àti iye agbára elekitironi, a lè ṣírò nọ́mbà Avogadro gẹ́gẹ́ bí:
\[
N_A = \frac{F}{e}
\]
Àkópọ̀ Faraday jẹ́ nǹkan bíi:
\[
F \approx 96485\ \text{C/mol}
\]
Gbigba agbara elekitironi:
\[
e \approx 1{,}602 \times 10^{-19}\ \text{C}
\]
Ni aijọju:
\[
N_A \approx \frac{96485}{1{,}602 \times 10^{-19}} \approx 6{,}02 \times 10^{23}
\]
Ọ̀nà tó dára gan-an ni èyí nítorí pé ó so àwọn ìṣẹ̀lẹ̀ kẹ́míkà (àwọn ìṣe redox) mọ́ àwọn ohun tó dúró ṣinṣin nínú físíìsì (ẹ̀rọ itanna).
Ọ̀nà 3: Ọ̀nà Kírísítà Sílíkọ́nì (Ọ̀nà Ìwọ̀n Kírísítà Sílíkọ́nì X-ray)
Nínú ìmọ̀ ìṣètò òde òní, ọ̀kan lára àwọn ọ̀nà tó péye jùlọ láti mọ nọ́mbà Avogadro ni láti lo àwọn kirisita silikoni tó mọ́ gan-an. Ọ̀nà yìí ń lo òtítọ́ pé àwọn kirisita ní ìṣètò átọ́mù déédé, àti pé a lè wọn ìjìnnà láàrín àwọn átọ́mù nípa lílo ìyípadà X-ray.
Àkótán gbogbogbò:
1. Mu iyipo silikoni kan pẹlu mimọ giga ati apẹrẹ pipe.
2. Wọn iwọn didun bọọlu naa pẹlu deedee to dara.
3. Wọn ìwọ̀n bọ́ọ̀lù náà láti mọ ìwọ̀n rẹ̀.
4. Lo data ìṣètò kristali silikoni lati wa iye awọn atomu ti o wa ninu iwọn didun ẹyọ kan.
Nípa mímọ iye àwọn átọ̀mù nínú ìwọ̀n kan tí a fúnni àti sísopọ̀ rẹ̀ pẹ̀lú àpapọ̀ ìwọ̀n náà, àwọn onímọ̀ sáyẹ́ǹsì lè ṣírò iye àwọn átọ̀mù tí ó wà nínú mole 1, èyí tí í ṣe nọ́mbà Avogadro. Ọ̀nà yìí jẹ́ òpó pàtàkì nínú gbígbé àwọn ohun tí ó dúró fún SI kalẹ̀.
Ọ̀nà 4: Ọ̀nà Gáàsì Tó Dáadáa (Ìrònú Ìtàn)
Ní ìtàn, èrò Avogadro bẹ̀rẹ̀ pẹ̀lú àwọn gáàsì: “Ní ìwọ̀n otútù àti ìfúnpá kan náà, ìwọ̀n gáàsì tó dọ́gba ní iye àwọn gáàsì tó dọ́gba.” Bó tilẹ̀ jẹ́ pé ọ̀nà yìí kò fúnni ní iye gáàsì tó dọ́gba, ó ṣí ọ̀nà sílẹ̀ fún ìbáṣepọ̀ ìwọ̀n gáàsì, iye àwọn mólé, àti iye àwọn gáàsì.
Fún àpẹẹrẹ, ní STP (ìtumọ̀ àtijọ́: 0°C àti 1 atm), móólù 1 ti gáàsì pípé kan gba iwọn didun tó tó 22,4 L. Tí a bá lè ṣírò iye àwọn èròjà inú iwọn didun yẹn nípasẹ̀ àwọn àyẹ̀wò kékeré, a lè rí nọ́mbà Avogadro. Ní ìṣe, ọ̀nà gáàsì pípé náà dára jù gẹ́gẹ́ bí ìpìlẹ̀ èrò ní ìpele ilé-ẹ̀kọ́, nítorí pé ìpinnu pípé ti \(N_A\) nílò àwọn ọ̀nà tó péye jù bíi electrolysis àti silicon crystals.
Bii o ṣe le lo Nọ́mbà Avogadro ninu Awọn Iṣiro
Bó tilẹ̀ jẹ́ pé àwọn onímọ̀ sáyẹ́ǹsì pẹ̀lú àwọn ohun èlò tó gbajúmọ̀ ló máa ń ṣe ìpinnu pàtó nípa iye Avogadro, àwọn akẹ́kọ̀ọ́ àti àwọn akẹ́kọ̀ọ́ kọ́lẹ́ẹ̀jì sábà máa ń "pinnu" iye àwọn èròjà nípa lílo iye \(N_A\). Fọ́múlá tí a sábà máa ń lò ni:
1. Iye awọn moolu lati ibi-ara:
\[
n = \frac{m}{M}
\]
pẹ̀lú \(m\) = ìwọ̀n (g) àti \(M\) = ìwọ̀n molar (g/mol).
2. Iye awọn èérún:
\[
N = n \igba N_A
\]
Àpẹẹrẹ kíákíá: Àwọn molecule mélòó ló wà nínú 18 giramu omi (\(H_2O\))?
– Ìwọ̀n omi tí a fi ń rọ̀ mọ́ra = 18 g/mol
– Àwọn móólù omi = \(18/18 = 1\) àwọn móólù
– Iye àwọn molecule = \(1 \igba 6{,}02 \igba 10^{23} = 6{,}02 \igba 10^{23}\)
Ipari
Ọ̀nà tí a gbà ń mọ nọ́mbà Avogadro ni a lè lóye nípasẹ̀ ọ̀pọ̀lọpọ̀ ọ̀nà pàtàkì: ìbáṣepọ̀ láàárín ìwọ̀n átọ̀mù (carbon-12), electrolysis nípasẹ̀ òfin Faraday, ọ̀nà silicon kristal pẹ̀lú ìfọ́mọ́ra X-ray, àti ọ̀nà èrò ti àwọn gáàsì pípé. Láti inú onírúurú ọ̀nà wọ̀nyí, ó ṣe kedere pé nọ́mbà Avogadro kìí ṣe nọ́mbà "àìròtẹ́lẹ̀", ṣùgbọ́n ó jẹ́ àbájáde àwọn ìwọ̀n sáyẹ́ǹsì tí ó so ìwọ̀n átọ̀mù pọ̀ mọ́ àwọn ìwọ̀n tí a lè wọ̀n ní ìgbésí ayé ojoojúmọ́. Nípa lílóye ìlànà pípinnu rẹ̀, kìí ṣe pé a kàn ń kọ́ iye rẹ̀ sí orí nìkan ṣùgbọ́n a tún lóye ìtumọ̀ sáyẹ́ǹsì tí ó wà lẹ́yìn èrò ti mole àti àwọn ìṣirò kẹ́míkà lápapọ̀.
