Η σημασία της σταθεράς Avogadro

Παρουσίαση με θέμα: "Η σημασία της σταθεράς Avogadro"— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 Η σημασία της σταθεράς Avogadro
"Αν και τα μόρια διαφέρουν σε μέγεθος, σχήμα και μάζα ο αριθμός των μορίων σε ένα mole είναι μια παγκόσμια σταθερά για όλα τα στερεά, υγρά και αέρια, στοιχεία και χημικές ενώσεις". (Virgo 1933) To ΝΑ αποτελεί γέφυρα μικρόκοσμου-μακρόκοσμου και μείζον θέμα για την έρευνα. Η ακριβής μέτρηση της τιμής του ΝΑ σε όλα τα φαινόμενα στα οποία εμπλέκεται αποτέλεσε πρόκληση για τους επιστήμονες και οδήγησε σε πολλές νέες ανακαλύψεις. (Jensen 2010)

2 του ΝΑ και του μεγέθους των μορίων
Η ιστορική προσέγγιση του ΝΑ και του μεγέθους των μορίων Πώς αντιμετώπισαν οι επιστήμονες την πρόκληση να μετρήσουν τα σωματίδια χωρίς τα σημερινά μέσα; Γιατί και πότε συνδέθηκε το όνομα του Avogadro με τη σταθερά ΝΑ; Πώς προσδιορίστηκε η σταθερά Avogadro; Πώς φτάσαμε στις σημερινές τιμές; βιβλιογραφία περιορισμένη - αναγκαστικά πρωτότυπα

3 Η σταθερά Avogadro μετρήθηκε
Αρχικά στον ΑΕΡΑ με την κινητική θεωρία (+ Υπ. Αvogadro) Loschmidt , Boltzmann, Maxwell Μετά με τη κίνηση των κόκκων της γύρης (Βrown) στο ΝΕΡΟ Perrin Τώρα πια με σκέδαση- περίθλαση ακτίνων Χ σε ΚΡΥΣΤΑΛΛΙΚΑ ΣΤΕΡΕΑ όπως Si Project Avogadro IAC (= International Avogadro Coordination) ΥΠΑΡΧΟΥΝ πάνω από 80 ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟΙ ΤΡΟΠΟΙ ΜΕΤΡΗΣΗΣ

4 Το Ιστορικό Πλαίσιο Equivalentists Atomists Μακροσκοπική προσέγγιση
ΜΑΖΑ-ΟΓΚΟΣ (matter theory) Νόμοι χημείας 18ος αιώνας Ostwald 1890 Χημικά ισοδύναμα χημικά μόρια= εύρημα προέκυπταν από τα ΑΒ υποθετικά και ανύπαρκτα mole = μάζα συνεχής Atomists Μικροσκοπική προσέγγιση ΜΟΡΙΑ (μοριακή θεωρία) Dalton 1809 αδιαίρετα άτομα Avogadro,1811: ΕVEN- μόρια Loschmidt,1865: no, d μορίου Maxwell,1873: ιπτάμενα μόρια Perrin,1909: NA Quantity= ποσότητα ουσίας versus HO … ΗΟ1/2

5 Αvogadro Perrin, 1870-1942 Loschmidt Dalton
Ostwald, 1853 – mole-molecules? Nobel 1909, Κατάλυση, ΧΙ ταχύτητα αντ. Αvogadro Υπόθεση EVEN molecules 1811 Perrin, NA 1909 Nobel 1926 19ος- 20οςαι. Loschmidt μέγεθος μορίου d, no 1865 Cannizzaro 1826 – 1910, Einstein Smoluchowski 1879 – 1905: A new determination of molecular dimensions, PhD μοντέλο κίνησης Brown Maxwell Boltzmann Κινητική θεωρία …1873 quantity- molecules= granules

6 υπόθεση Avogadro = η βάση της Μοριακής Θεωρίας
EVEN = Equal Volumes Equal Numbers: Ίσοι όγκοι αερίων- ίσα μόρια ο όγκος του αερίου (σε δεδομένη θερμοκρασία και πίεση) είναι ανάλογος με τον αριθμό των μορίων , ανεξάρτητα από τη φύση του αερίου (βαριά ή ελαφρά) Στοιχειώδη (άτομα) και σύνθετα ΜΟΡΙΑ Elementary : H , O = 2 Ο 1/2 Compound : ΗΟ 1/2 Λατινικά: molecules=υποκοριστικό της λέξης moles= σωρός Ελληνικά: μόρια από μόρος= μονάδα μέτρ. επιφανειών από μείρομαι=διαιρούμαι ΗΟ ½ από πυκνότητες των αερίων και αναλογίες όγκων βρίσκει ΜΒ (ΑΒ) για τα αέρια καλύτερα από τους Dalton και Berzelius για ΗO (ABO=15 αντί 5,5) 1860 Ο Cannizaro αναδεικνύει το έργο του στο 1ο συνέδριο Χημείας-Καλσρούη 1909 Ο Perrin προτείνει την ονομασία του αριθμού ΝΑ προς τιμήν του Ο ίδιος o Avogadro δεν γνώρισε ποτέ το mole ή... τη σταθερά του, το ΝΑ L.Pauling : "το έργο του Avogadro είναι η βάση της θεωρητικής χημείας και η συμβολή του στη Χημεία η μεγαλύτερη όλων". (Avogadro 1811 το πρωτότυπο, Perrin 1926, Asimov 2004, Chigliano 1992)

7 Loschmidt 1865 Υπολογίζει για πρωτη φορα τη
μέση διάμετρο d των μορίων αέρα ≈ 1 nm (σωστή τάξη μεγέθους) Ο ίδιος αποκαλεί τη διάσταση των μορίων το ένα εκατομμυριοστό του χιλιοστού! Χρησιμοποιεί την αριθμητική πυκνότητα n0 = αριθμός των σωματιδίων ανά μονάδα όγκου (σε ορισμένη p,T) σήμερα σταθερά Loschmidt προς τιμήν του, no = NA/Vm ή amagat. Από θεωρία Avogadrο πήρε n0 = N/Vg = σταθερά (P,Τ) για κάθε αέριο Από κινητική θεωρία αερίων πήρε μέση ελεύθερη διαδρομή l = 4/3(no π d2)-1 Βρήκε την περίφημη σχέση του d = 8 l ε για το συντελεστή συμπύκνωσης αερίου ( ε= Vliq / Vgas ) Για τον ατμοσφαιρικό αέρα d/l=8Vl/Vg≈1/100 l = 65 nm (Maxwell) ή 140 nm (Meyer) και ε= (δική του τιμή ) d= 0,45nm ή 0,96 nm και n0 = 0,18 ή 1, m-3 που δίνει τιμή για τη σημερινή σταθερά Avogadrο = ΝΑ = n0.Vm = 0,4 ή mol -1 ! Loschmidt 1865 το πρωτότυπο, Hawthorn 1970

8 Κίνηση Brown και απόδειξη Perrin
Αναδημοσίευση από το βιβλίο του Jean Baptiste Perrin, Les Atomes: εμφανίζονται τρεις χαράξεις της κίνησης των κολλοειδών σωματιδίων ακτίνας 0,53 μm, όπως φαίνονται στο μικροσκόπιο. Οι διαδοχικές θέσεις είναι κάθε 30 sec Και ενώνονται με ευθύγραμμα τμήματα (το μέγεθος του mesh είναι 3.2 µm) Στην ομιλία του ο Perrin αναφέρεται στη συμφωνία των τιμών του με τις τιμές άλλων ερευνητών, που προκύπτουν με διαφορετικές μεθόδους, όπως με Kιν. Θεωρία, με το πείραμα σταγόνας λαδιού Millikan, με τη μέτρηση φορτίου σκόνης Τhomson , με ακτινοβολία σωματιδίων α από ράδιο κλπ. Αυτή η καθολικά σταθερή τιμή του ΝΑ αποτελεί αντικειμενική απόδειξη της ύπαρξης των μορίων. Ο Ostwald υποχώρησε … Τα άτομα και τα μόρια υπάρχουν πράγματι και δεν είναι μια βολική έννοια για τους χημικούς υπολογισμούς …