Strona głównaPytania → Jak Avogadro wyznaczył liczbę Avogadro?

Jak Avogadro wyznaczył liczbę Avogadro?

Pytanie

Pyta Zbyszek Wysokiński

Jak Avogadro wykazał, że w jednym molu substancji jest $6.02 \times 10^{23}$ cząsteczek? Przecież nie policzył. Nie mógł tego zweryfikować. Czy ktoś w ogóle to zweryfikował?

Odpowiedź

Odpowiada dr Miłosz Panfil

Historycznie liczbą Avogadro nazywaliśmy liczbę cząstek w jednym molu substancji. Mol substancji był zdefiniowany jako liczba atomów w 12 gramach węgla. Obecnie liczba Avogadro jest stałą fizyczną równą dokładnie 6.02214076 × 1023 mol−1 . Natomiast mol jest zdefiniowany jako ilość substancji zawierającej dokładnie liczbę Avogadro cząsteczek.

Amadeo Avogardo nie wykazał ile wynosi liczba znana obecnie od jego nazwiska. Natomiast na początku XIX wieku zaproponował on następującą hipotezę: w tej samej objętości gazu, przy tej samej temperaturze i ciśnieniu, znajduje się ta sama ilość cząstek, niezależnie od rodzaju gazu. Hipoteza ta wskazywała na cząsteczkową budowę materii.

Pierwszą osobą, która oszacowała liczbę atomów w danej ilości substancji był Johann Loschmidt w 1865 roku. Jego obliczenia były oparte na rozwijanej w tamtym czasie, między innymi przez Ludwika Boltzmanna i Jamesa Maxwella cząsteczkowej teorii gazów (zwanej teorią kinetyczną). Oszacował on liczbę atomów porównując objętości gazu przed i po skropleniu oraz biorąc pod uwagę tak zwaną średnią drogę swobodną. Jest to odległość którą, średnio, pokonują cząstki gazu pomiędzy zderzeniami i może być ona również oszacowana z teorii kinetycznej.

Samo pojęcie liczby Avogadro wprowadził Jean Perrin w 1909 roku, podczas badań ruchów Browna, czyli losowych ruchów dużej cząsteczki zawieszonej w płynie. Ponieważ te losowe ruchy są spowodowane zderzeniami z cząsteczkami płynu, to można z ich analizy wywnioskować jak liczne są te cząsteczki. Do zrozumienia związku pomiędzy cząsteczkową budową materii a ruchami Browna przyczyniły się również pracę Alberta Einsteina i Mariana Smoluchowskiego.

Bardzo dokładne poznanie wartości liczby Avogadro było możliwe dzięki doświadczeniom Roberta Millikana, które pozwoliły na dokładne wyznaczenie ładunku elektronu. Dzięki doświadczeniom z elektrolizą znana była stała Faradaya, czyli ładunek elektryczny jednego mola elektronów. Wraz ze znajomością ładunku elektrycznego elektronu pozwoliło to wyznaczyć stałą Avogadro.