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阿伏伽德罗:你课本里那个超大年夜的数,不是我搞的啊!

来源:未知 发布时间:2017-10-03 18:07
阿伏伽德罗:你讲义里谁人超年夜的数,不是我搞的啊!

原标题:阿伏伽德罗:你课本里那个超大的数,它不是我搞出来的啊!

来日是8月9日,1776年的明天,都灵的一个贵族家庭出生了一个男孩,他叫阿梅代奥·阿伏伽德罗。

趁明天这个好日子,我来跟巨匠818那个阿伏伽德罗常数的故事。

在化学先生第一次告诉你“一摩尔等于6.02×1023个某种货色”时,你有不脑补过一名叫阿伏伽德罗的化学家坐在显微镜前游手好闲地数着碳原子的样子?

作为一个清点全班人数时城市数错的手(脑)残患者,这个画面让我对这位数数界的大牛油但是生一股敬佩之情。

但是仔细想想仿佛有什么错误……

这样说吧:假设阿伏伽德罗每秒钟能数一个原子,那么他在这样一刻一直地数了一年后,能数清多少原子呢?

答案是31536000个,相当于总工程量的1/20000000000000000。

当然,在多么做之前,他还得穿越到现代,打包一整套扫描隧道显微镜。

显然,阿伏伽德罗常数不是数出来的。

那么,如果阿伏伽德罗经过原子直径和样品尺寸估测一摩尔的数量呢?别忘了,原子的直径直到1909年才被卢瑟福和盖格的α粒子散射试验估计出来。再考虑到测量的精度成绩,这种操作在阿伏伽德罗那会儿还不成能。

切实,这个常数的发现比上面的脑洞出其不意得多。它不是数出来的,不是由碳原子定义的,更不是阿伏伽德罗搞出来的;而且它的故事得从化学家和物理学家的任务辨别说起。

让咱们捡起一坨原子

十八世纪末至十九世纪早期,在原子的概念逐步掉失落否认时,科学家们开始寻求一种方法把加入化学反应的原子数量表示出来。利用不久前刚根据一立方厘米的水的品德定义出的“克”这个单位,化学家们发明了像“克原子”(gram-atom)——也就是1克那么多的某种原子——这种拗口的单位。

假如你初中化学课不睡从前的话,说到这里应该已经发明过错劲了。

——分歧原子的质量是不同的啊!1g氢和1g氧,包含的原子数它能一样吗??

事实上,这个单位对化学家们来说不算是个实用的发现,想用这种单位协调各类反应物的数量确实很艰难(废话。

不过,到了1805年,原子实际的开创者道尔顿提出了第一个相对原子质量表。

对,就是你初中化学书最后一页,一扯开一大片那个&hellip,www.jz85.com;… 图片来源:公民教诲出版社

他把氢原子的质量设为1,其他已知原子的绝对证量经过与氢对比失掉。于是,化学家们可以经过计算量出一份某种物质了:如果1份氢是1克,异常多的氧就是16克……等等。

那么,“一份”究竟有多少个原子呢?在大家都接受原子论之前,化学家们还不太关心这个成绩。

这一坨是多少原子?

与此同时,一群研讨热力学的物理学家对这个成绩发生了兴趣。带来这个成就的,恰是阿伏伽德罗。

作为意呆利物理学界的垂老,阿伏伽德罗在1811年指出:

在相同的温度和压强下,

异常体积的气体里有异常数目标气体粒子

还记得高中化学里各类对于空想气体的计算吗?那些成绩就是这样来的。

那么,究竟有多少粒子呢?阿伏伽德罗也没说。不过,他把气体中有多少粒子的成绩引入了热力学中,www.jz85.com

此时正是热力学大发展的时期。

人们开始用品质、体积、温度、压强等微不雅目的描写气体,也开端脑补其中粒子微不雅观的运动法则。然而,好像还缺少了某种东西连接两个尺度的常识。如果能随着阿伏伽德罗的义务,进一步的探寻气体中的粒子数量成绩,这个成绩便有望处置。

气体中的粒子自由而有法令图片来源:AnandKZ

1865年,有一位叫洛施密特(Loschmidt)的高中教师经过研究气体/液体中粒子的自由程(Free Path)向答案迈进了一步。

自在程,是随机活动的一个粒子,和另一粒子碰撞两次,这之间走过的距离。就像越地拥挤的地铁站里越轻易被别人撞到一样,这一数字跟一个容器中粒子的数目成反比。在知道某一坨气体粒子的平均自由程后,洛施密特估算了一下一破方米气体中粒子的数量。

答案是,2.6867773 ×1025个。

诚然这不是阿伏伽德罗常数,但是洛老师在思想上已经与这个数字的意思十分濒临了。你甚至可能用中学知识把它转化畴前。

随后,大牛如汤姆逊等都曾结束过盘算。

1909年,法国物理学家让·佩兰在爱因斯坦新提出的布朗运动模型基础上进行了一次新的考试测验。佩兰运用的模子公用于描述受重力影响的颗粒在水中的运动:总之,规律就是越来越多的颗粒会沉底,而它们的分布遵照一个函数。经过一系列的打算,佩兰起首失掉了此外两个重要物理常数的值:气体常数跟玻尔兹曼常数。

而之前已有结论已经证明过,我们恳求的那个常数,它偏偏是二者的商!

于是乎,题目里的谜底揭晓&mdash,www.jz85.com;—摩尔系数是佩兰算出来的。

在算出这个数之后,佩兰决定用老前辈阿伏伽德罗的名子命名它。

阿伏伽德罗微微一笑图片起源:维基百科

后来呢?

跟着技能的进步,人们还测验考试过更多高端的措施修正阿伏伽德罗常数。

比喻,异常在1909年,美国物理学家米粒肯(Milikan,多译作密立根)停滞了著名的油滴实验。他和他的小错误测量了在电场中把带电油滴悬浮起来所需的电压,据此推导出了单个电子所带的电荷量。此时,化学家们已经算出了一摩尔电子带有的电量,二者一除便算出了“一摩尔”毕竟是多少。

到了上世纪中叶,像X射线衍射如许的技巧已经使迷信家们可以丈量物资原子层面的结构了。这下,人们确切能够经由“数原子”——也就是统计样品华夏子摆设的密度——测算出一摩尔物质的量了。

当初,公认的数字是:

6.022 141 79(30)x1023 mol-1

不外,当物理学家处理了1摩尔是几多的成绩,化学家又对它的意思产生了分歧。

无穷多的原子形成了微观世界的物质图片来源:andreas160578

在道尔顿之后,化学家们普遍把“16克氧原子”作为“1摩尔”的标准。这是因为氧比氢更容易在当时的条件下停止化学反映,从而让化学家们经过测量生成物判断各种物质的相对质量。

但是,当同位素这种东西被发现后,化学家们发现自己以为的“一堆氧原子”实在是氧-16、氧-17和氧-18的混淆物。这样算究竟不太正确。随着人们对微观尺度事物的认识始终深入,这种微小的差别也需要被认真对待了。

于是,来自物理和化学界的两拨大佬们决定休会讨论一下。在物理和化学界的两大联盟——IUPAC和IUPAP——的一次联合会议上,双方决议将12克碳-12原子的数量界说为1摩尔。

这就是明天的教科书定义了。

澳大利亚精致光学中心(ACPO)为国际阿伏伽德罗协会制作的1千克单晶硅球体。

1971年的国际怀抱衡大年夜会确破了“摩尔”作为国际标准单元的地位。于是,这个神奇单位的诞生史便落下帷幕了。——来自不合范围的人们一个多世纪的高下求索,这正是这个数字背后包括的伟大意义。

一个AI

看不懂本文但仍然想装X的人请谨记以下知识点:

【摩尔日——在化学家之间传布的节日,但凡在10月23日的上午6:02到下午6:02之间庆祝。在美式写法中,这两个时刻被记为6:02 10/23,恰似阿伏伽德罗常数。又由于Mole另一个含义是鼹鼠,所以大师常常会心照不宣的发一张鼹鼠的漫画。】

学会了吗?10月23号我会提醒你发鼹鼠的,归正此外话题你也插不上嘴……

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