La constante de Avogadro ( N A [1] o L [2] ) es el factor de proporcionalidad que relaciona el número de partículas constituyentes (generalmente moléculas , átomos o iones ) en una muestra con la cantidad de sustancia en esa muestra. Su unidad SI es el mol recíproco , y se define como N A = 6.022 140 76 × 10 23 mol -1 . [3] [1] [4] [5] [6] Lleva el nombre del científico italiano Amedeo Avogadro . [7] Aunque esto se llama constante (o número) de Avogadro, él no es el químico que determinó su valor. Stanislao Cannizzarro explicó este número cuatro años después de la muerte de Avogadro mientras estaba en el Congreso de Karlsruhe en 1860. [8] [ referencia circular ]
El valor numérico de la constante de Avogadro expresado en mol recíproco, un número adimensional, se llama número de Avogadro , a veces denotado N [9] [10] o N 0 , [11] [12] que es, por tanto, el número de partículas que son contenido en un lunar, exactamente6.022 140 76 × 10 23 . [4] [1]
El valor de la constante de Avogadro se eligió de modo que la masa de un mol de un compuesto químico , en gramos , sea numéricamente igual (para todos los propósitos prácticos) a la masa promedio de una molécula del compuesto, en daltons (unidades de masa atómica universal ) ; un dalton siendo1/12de la masa de un átomo de carbono-12 , que es aproximadamente la masa de un nucleón ( protón o neutrón ). Por ejemplo, la masa promedio de una molécula de agua es aproximadamente 18.0153 daltons, y un mol de agua ( N moléculas) es aproximadamente 18.0153 gramos. Por lo tanto, la constante de Avogadro N A es el factor de proporcionalidad que relaciona la masa molar de una sustancia con la masa promedio de una molécula, y el número de Avogadro también es el número aproximado de nucleones en un gramo de materia ordinaria . [13]
La constante de Avogadro también relaciona el volumen molar de una sustancia con el volumen promedio ocupado nominalmente por una de sus partículas, cuando ambas se expresan en las mismas unidades de volumen. Por ejemplo, dado que el volumen molar de agua en condiciones normales es de aproximadamente 18 ml / mol, el volumen ocupado por una molécula de agua es aproximadamente 18/6.022× 10 - 23 ml, o aproximadamente 30 Å 3 ( angstroms cúbicos ). Para una sustancia cristalina , relaciona de manera similar su volumen molar (en mL / mol), el volumen de la celda unitaria repetida de los cristales (en mL) y el número de moléculas en esa celda.
El número de Avogadro (o constante) se ha definido de muchas formas diferentes a lo largo de su larga historia. Su valor aproximado fue determinado por primera vez, indirectamente, por Josef Loschmidt en 1865. [14] (El número de Avogadro está estrechamente relacionado con la constante de Loschmidt , y los dos conceptos a veces se confunden). Inicialmente fue definido por Jean Perrin como el número de átomos en 16 gramos de oxígeno . [7] Posteriormente se redefinió en la 14ª conferencia de la Oficina Internacional de Pesos y Medidas (BIPM) como el mismo número de átomos contenidos en 12 gramos del isótopo carbono-12 ( 12 C). [15]
Estas definiciones significaban que el valor del número de Avogadro dependía del valor determinado experimentalmente de la masa (en gramos) de un átomo de esos elementos y, por lo tanto, solo se conocía con un número limitado de dígitos decimales. Sin embargo, en su 26a Conferencia, el BIPM adoptó un enfoque diferente: a partir del 20 de mayo de 2019, definió el número de Avogadro como el valor exacto N =6.022 140 76 × 10 23 , y redefinió el mol como la cantidad de una sustancia considerada que contiene N partículas constituyentes de la sustancia. Según la nueva definición, la masa de un mol de cualquier sustancia (incluidos el hidrógeno, el carbono 12 y el oxígeno 16) es N veces la masa promedio de una de sus partículas constituyentes, una cantidad física cuyo valor preciso debe determinarse experimentalmente. para cada sustancia.
Historia
Origen del concepto
La constante de Avogadro lleva el nombre del científico italiano Amedeo Avogadro (1776-1856), quien, en 1811, propuso por primera vez que el volumen de un gas (a una presión y temperatura determinadas) es proporcional al número de átomos o moléculas independientemente de la naturaleza del gas. [dieciséis]
El nombre de número de Avogadro fue acuñado en 1909 por el físico Jean Perrin , quien lo definió como el número de moléculas en exactamente 32 gramos de oxígeno . [7] El objetivo de esta definición era hacer que la masa de un mol de una sustancia, en gramos, fuera numéricamente igual a la masa de una molécula en relación con la masa del átomo de hidrógeno; que, debido a la ley de las proporciones definidas , era la unidad natural de masa atómica y se suponía que era 1/16 de la masa atómica del oxígeno.
Primeras mediciones
El valor del número de Avogadro (aún no conocido por ese nombre) fue obtenido por primera vez indirectamente por Josef Loschmidt en 1865, estimando el número de partículas en un volumen dado de gas. [14] Este valor, la densidad numérica n 0 de las partículas en un gas ideal , ahora se llama constante de Loschmidt en su honor, y está relacionado con la constante de Avogadro, N A , por
donde p 0 es la presión , R es la constante del gas y T 0 es la temperatura absoluta . Debido a este trabajo, el símbolo L se usa a veces para la constante de Avogadro, [17] y, en la literatura alemana , ese nombre puede usarse para ambas constantes, distinguidas solo por las unidades de medida . [18] (Sin embargo, N A no debe confundirse con la constante de Loschmidt completamente diferente en la literatura en idioma inglés).
El mismo Perrin determinó el número de Avogadro mediante varios métodos experimentales diferentes. Fue galardonado con el Premio Nobel de Física de 1926 , en gran parte por este trabajo. [19]
La carga eléctrica por mol de electrones es una constante llamada constante de Faraday y se conoce desde 1834, cuando Michael Faraday publicó sus trabajos sobre electrólisis . En 1910, Robert Millikan obtuvo la primera medición de la carga de un electrón . Dividir la carga de un mol de electrones por la carga de un solo electrón proporcionó una estimación más precisa del número de Avogadro. [20]
Definición de SI de 1971
En 1971, la Oficina Internacional de Pesas y Medidas (BIPM) decidió considerar la cantidad de sustancia como una dimensión de medida independiente , con el mol como su unidad base en el Sistema Internacional de Unidades (SI). [17] Específicamente, el mol se definió como una cantidad de una sustancia que contiene tantas entidades elementales como átomos hay en 0.012 kilogramos de carbono-12 .
Según esta definición, la regla general de que "un gramo de materia contiene N 0 nucleones" era exacta para el carbono-12, pero ligeramente inexacta para otros elementos e isótopos. Por otro lado, un mol de cualquier sustancia contenía exactamente tantas moléculas como un mol de cualquier otra sustancia.
Como consecuencia de esta definición, en el sistema SI la constante de Avogadro N A tenía la dimensionalidad recíproca de cantidad de sustancia en lugar de un número puro, y tenía el valor aproximado6.02 × 10 23 con unidades de mol −1 . [17] Según esta definición, el valor de N A tenía que determinarse de forma inherente de forma experimental.
El BIPM también nombró a N A la " constante de Avogadro ", pero el término "número de Avogadro" continuó usándose especialmente en trabajos introductorios. [21]
Redefinición de SI de 2019
En 2017, el BIPM decidió cambiar las definiciones de mol y cantidad de sustancia. [22] [4] El lunar se redefinió como la cantidad de sustancia que contiene exactamente6.022 140 76 × 10 23 entidades elementales. Una consecuencia de este cambio es que la masa de un mol de 12 átomos de C ya no es exactamente 0.012 kg. Por otro lado, el dalton ( también conocido como unidad de masa atómica universal) permanece sin cambios como 1/12 de la masa de 12 C. [23] [24] Por lo tanto, la constante de masa molar ya no es exactamente 1 g / mol, aunque la diferencia4,5 × 10 −10 en términos relativos, a marzo de 2019) es insignificante a efectos prácticos. [4] [1]
Conexión a otras constantes
La constante de Avogadro, N A, está relacionada con otras constantes y propiedades físicas.
- Relaciona la constante de gas molar R y la constante de Boltzmann k B , que en el SI (desde el 20 de mayo de 2019) se define exactamente1.380 649 × 10 −23 J / K : [4]
- = 8.314 462 618 153 24 j⋅k -1 ⋅mol -1
- Relaciona la constante de Faraday F y la carga elemental e , que en el SI (desde el 20 de mayo de 2019) se define exactamente como1,602 176 634 × 10 −19 culombios : [4]
- = 96 485 0,332 123 310 0184 C / mol
- Relaciona la constante de masa molar , M u, y la constante de masa atómica m u , actualmente1.660 539 066 60 (50) × 10 -27 kg : [25]
- = 0,999 999 999 65 (30) × 10 −3 kg⋅mol −1 [26]
Ver también
- Día del Mole
- CODATA 2018
Referencias
- ^ a b c d Bureau International des Poids et Mesures (2019): The International System of Units (SI) , novena edición, versión en inglés, página 134. Disponible en el sitio web de BIPM .
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( ayuda ) - ^ "Valor CODATA 2018: constante de masa atómica" . La referencia del NIST sobre constantes, unidades e incertidumbre . NIST . 20 de mayo de 2019 . Consultado el 20 de mayo de 2019 .
- ^ "Valor CODATA 2018: constante de masa molar" . La referencia del NIST sobre constantes, unidades e incertidumbre . NIST . 20 de mayo de 2019 . Consultado el 20 de mayo de 2019 .
enlaces externos
- Definición de 1996 de la constante de Avogadro del Compendio de terminología química de la IUPAC (" Libro de oro ")
- Algunas notas sobre el número de Avogadro, 6.022 × 10 23 (notas históricas)
- Un valor exacto para el número de Avogadro - American Scientist
- Constantes de Planck de Avogadro y molares para la redefinición del kilogramo
- Murrell, John N. (2001). "Avogadro y su constante". Helvetica Chimica Acta . 84 (6): 1314-1327. doi : 10.1002 / 1522-2675 (20010613) 84: 6 <1314 :: AID-HLCA1314> 3.0.CO; 2-Q .
- Versión escaneada de "Dos hipótesis de Avogadro", artículo de Avogadro de 1811, en BibNum