عدد آووگادرو

عدد آووگادرو

«آووگادرو» با استفاده از قانون فاراده که مقدار الکتريسيته لازم ...

«آووگادرو» با استفاده از قانون فاراده که مقدار الکتريسيته لازم را براي آزاد کردن يک يون گرم +H 96487 کولن به دست آورده بود و با استفاده از بار الکترون، اين عدد حاصل شد؛ زيرا 96487 کولن الکتريسيته براي آزاد کردن يک مول الکترون مصرف مي شود.
نکاتی درباره اين عدد

شيميدان ها هميشه از عدد آووگادرو استفاده مي كنند؛ زيرا هر شيميدان بر اهميت اين عدد واقف است و مي داند كه به چه كار مي آيد. آيا تا به حال به اين فكر كرده ايد كه:
_ اين عدد از كجا آمده است؟
_ آيا آووگادرو خودش همه محاسبات را انجام داد؟
_ ممكن است اين عدد، قرار دادي باشد؟
_ چگونه آن را اندازه گيري كردند؟

براي پاسخ به این پرسش ها، این مقاله را بخوانید:
«آماده ئوآووگادرو» (Amadeo Avogadro) (1856-1776) صاحب فرضيه آووگادرو در سال 1811 فردی است كه به همراه «استانيس لائو» (Stanislao Cannizaro) [صاحب قانون «گاي لوساك» (Gay-Lussac’s)] همه شبهات مربوط به مقياس وزن اتمي را در كنفرانس «كارلسروهه» (Karlsruhe) به ظرافت تمام از ميان برداشت.
بله عدد آووگادرو نامی است كه به افتخار محاسبه تعداد اتم ها، ملكول ها و ... موجود در هر گرم مول از هر ماده شيميايي به او داده شد؛ البته گفتنی است چنانچه واحد جرم را عوض کنید (برای نمونه، پوند مول بگيريد) مقدار عدد آووگادرو ديگر 6.022 ضرب در 10 به توان 23 نخواهد بود.
نخستین كسي كه تعداد مولكول هاي جرمي مواد را محاسبه کرد، «جوزف لاشميت» (Loschmidt Joser) (1895-1821)، دبير يكي از دبيرستان هاي استراليا بود.
وي در سال 1865 با استفاده از نظریه جديد جنبش مولكولي (KMT) تعداد مولكول هاي موجود در هر سانتي مترمكعب از ماده گازي شكل را با شرايط متعارفي دما و فشار محاسبه کرد و مقدار آن را 6.022 ضرب در 10 به توان 23 به دست آورد. به طور معمول، اين عدد را «ثابت لاشميتز» مي نامند.
براي نخستین بار چه وقت عدد آووگادرو به كار رفت؟

به نظر مي رسد كه نخستین بار در سال 1909 و در مقاله اي به نام «حركت برآوني و واقعيت مولكولي» (Movement and Molecular Reality) كه به قلم «جين باپتيس جين پرين» نوشته شد، به کار رفت. اين مقاله را «فردیک سودی» (Fredric Soddy) از فرانسه به انگليسي ترجمه کرد و اكنون نيز در دسترس است.
«پرين» همان كسي است كه در سال 1926 جايزه نوبل فيزيك را به واسطه كار بر روي عدم پيوستگي ساختار ماده و بخصوص كشف «تعادل ته نشيني» (sedimentation equilibrium)، از آن خود کرد.
نام پرين براي بسياري از كساني كه با محاسبات ديناميك مولكولي سر و كار دارند، آشناست؛ زيرا بسياري از اين روش ها را وي توسعه داد.
در مقاله پرين، وی گفت كه: اين عدد ثابت N، ثابتي جهاني است كه بهتر است آن را ثابت آووگادرو در نظر بگيريم.
در مراسم اهدای جايزه نوبل در سال 1926 درباره كار پرين گفته شد: شايد بتوان گفت كه در اين كار - كه آن را خلاصه کرده ايم - پرين به طور غيرمستقيم به وجود مولكول ها اشاره کرده است؛ همان طوری كه از مشاهده مستقيم درك مي كنيم، ذرات ميكروسكوپي موجود در مايع، هيچ گاه در حال استراحت نيستند. آنها پیوسته در حال حركت اند؛ حتي در شرايط كامل تعادل بيروني، دماي ثابت و …
تنها توضيح انكارناپذير براي اين پديده، انتساب حركت ذرات به شوك هاي توليدي مولكول آن مايع است.
«انیشتين» نظریه رياضي اين پديده را در گذشته بیان کرده بود؛ نخستین دليل تجربي اين نظریه را فيزيكدان آلماني «سديگ» (Seddig) بيان کرد.
پس از وي، دو دانشمند دیگر، همزمان بر روي اين مسئله كار كردند: «پرين» و «ودبرگ» (Svedberg) که ما تنها پرين را معرفی می کنیم.
اندازه گيري هاي او بر روي حركت برآوني نشان داد كه نظریه انیشتين صحیح است؛ اگر چه اين اندازه گيري ها مقدار جديدي را براي عدد آووگادرو مطرح کرد.
توليد ضربه هاي مولكولي هم سبب حركت رو به جلو ذرات در مايع مي شود و هم سبب چرخش آنها می شود.
نظریه اين چرخش را انيشتين بيان کرده بود، ولي اندازه گيري اين چرخش را پرين انجام داد. وی در حال اندازه گيري بود كه به عدد جديدي براي آووگادرو دست يافت. نتايج اين تحقيقات چيست؟ در دو گرم هيدروژن چند مولكول وجود دارد؟
كارهاي انیشتين و پرين گام هاي اوليه در راه شناخت ماهيت مولكول هايي است كه حتي تا پيش از سال 1900 ناشناخته بود و عدد آووگادرو مقداري داشت كه بايد به طور تجربي اندازه گيري مي شد.
در ادامه كار «لاشميتز» و «پرين»، بسياري از دانشمندان با استفاده از روش هاي گوناگون براي رسيدن به مقدار دقيقی از تعداد مولكولهاي موجود در هر مول ماده بسیار تلاش کردند، ولي تا سال 1933 به قطعيت مناسبي دست نيافتند.
در مقاله «ويرگو» - فيزيكداني در دانشگاه شفيلد انگلستان – به نام «Loschmidt's Number» که در سال 1933 چاپ شد، آمده است: اين عدد كه پیوسته از آن به نام عدد آووگادرو ياد مي شود، بيان ديگري از عدد لاشميتز است كه همان تعداد مولكولهاي موجود در هر سانتي مترمكعب را از گاز در شرايط استاندارد دارد.
متأسفانه اين تعابير بیشتر ناپايدارند. فرضيه مهم آووگادرو در شناسايي تعداد مولكول هاي گازهاي گوناگون در حجم معين (با فشار و دماي يكسان) در سال 1811 فرموله شد؛ بنابر این، با نام وي درآميخت؛ اما آووگادرو تخمين كمي از آنها را بیان نکرد.
نخستین تخمين واقعي از تعداد مولكول هاي موجود در هر سانتي مترمكعب از گاز، با شرايط استاندارد، در سال 1865 و به دست لاشميتز زده شد و از اين زمان بود كه تعداد مولكول ها (اتم ها) در هر گرم مولكول (اتم) ارزيابي شد؛ البته بر اساس بیشتر متون علمي آلماني، از نظر كميتي چنان برمي آيد كه به جاي عدد لاشميتز بر سانتي مترمكعب بايد گفت: عدد لاشميتز بر مولكول (اتم) گرم.
بنابر این، تا سال 1933 نظريه روشني درباره نام این عدد نبود. «ويرجو» ادامه مي دهد كه: در آن سال 8 نام براي كشف مقدار واقعي اين عدد ساخته شده بود؛ زيرا اين عدد پايه ثابت اتمي است كه باحتمال مقدار آن مهمترين مطلب در فيزيك اتمي است.
جديدترين مقدار براي آنچه ما امروزه آن را عدد آووگادرو مي ناميم، پراش پرتو ايكسي است كه در فاصله شبكه اي فلزات و نمك ها سنجيده مي شود.
در مقاله ويرجو، كوشش هايي را كه وي پيش از اين در استفاده با اين روش انجام داد، بیان کرده است.
در كتاب هاي نوين شيمي عمومي نتايج متأثر از اين روش ها بیان شده است. برای نمون، از داده هاي حاصل از اشعه ايكس، فرد مي تواند معين كند كه تيتانيوم (TI) ساختماني با هسته مركزي مكعب شكل - يعني دو اتم تيتان براي هر سلول - دارد و طول هر گوشه آن 330.6 پيكومتر است.
همچنين، مي توان دريافت كه چگالي فلز تيتان 4.401 گرم بر سانتي مترمكعب است. تعداد مولكول هاي تيتان در هر مول از آن 47.88 گرم است.
امروزه بهترين مقدار كه همانا 6.022 141 99 x 1023 mol-1 اتم بر مول (منبع = پایگاه اینترنتی NIST) است.