阿伏伽德罗常量(Avogadro constant),又名阿伏伽德罗常数,为热学常量,符号为NA。 [1] 它的精确数值为:6.02214076×10²³,一般计算时取6.02×10²³或6.022×10²³。 [10]
阿伏伽德罗常量是12克12C所含的原子数量。将12C选为参考物质是因为它的原子量可以测量得相当精确。阿伏伽德罗常量因意大利化学家阿莫迪欧·阿伏伽德罗(1776~1856)得名。
现在此常量与物质的量紧密相关,摩尔作为物质的量的国际单位制基本单位,被定义为所含的基本单元数为阿伏伽德罗常量(NA)。其中基本单元可以是任何一种物质(如分子、原子或离子)。
物理特征
在物理学和化学中,阿伏伽德罗常量(符号:
NA或
L)的定义是一个比值,是一个样本中所含的基本单元数(一般为原子或分子)
N,与它所含的物质的量
n(单位为摩尔)间的比值,公式为
NA=
N/
n。因此,它是联系一种粒子的摩尔质量(即1摩尔时的质量),及其质量间的比例常数。阿伏伽德罗常量用于代表1摩尔物质所含的基本单元(如分子或原子)之数量,而它的数值为:
[10]
在一般计算时,常取6.02×1023或6.022×1023为近似值。
较早的定义中所订的另一个数值为阿伏伽德罗数,历史上这个词与阿伏伽德罗常量有着密切的关系。当国际单位制(SI)修订了基本单位后,所有化学数量的概念都必需被重定义。阿伏伽德罗数的新定义由让·佩兰所下,定为2克分子氢所含的分子数。跟它一样的是,12克同位素碳-12所含的原子数量。因此,阿伏伽德罗数是一个无量纲的数量,与用基本单位表示的阿伏伽德罗常量数值一致。 [10]
阿伏伽德罗常量的定义值是指0.012千克¹²C所含的原子数,6.02×10²³。这个数值是阿伏加德罗常数的近似值,两者是有区别的。阿伏加德罗常数的符号为NA,不是纯数。其单位为mol-1。在2018年规定阿伏伽德罗常量为固定值之前,阿伏伽德罗常量可用多种实验方法测得,测得比较精确的数据是6.0221367×10²³ mol⁻¹,这个数值还会随测定技术的发展而改变。 [10] 把每摩尔物质含有的微粒数定为阿伏加德罗常数,而不是说含有6.02×10²³个微粒。在定义中引用实验测得的数据是不妥当的,不要在概念中简单地以6.02×10²³来代替“阿伏加德罗常数”。
2018年11月16日,国际计量大会通过决议,1摩尔被定义为“精确包含6.02214076×1023个原子或分子等基本单元的系统的物质的量”。与此同时修改了阿伏伽德罗常量为6.02214076×1023 [2] 。
一般用途
阿伏伽德罗常量是一个比例因子,联系自然中宏观与微观(原子尺度)的观测。它本身就为其他常数及性质提供了关系式。例如,它确立了气体常数R与玻耳兹曼常数kB间的关系式,
以及法拉第常数F与基本电荷e的关系式,
同时,阿伏伽德罗常量是原子质量单位(u)定义的一部份,
其中Mu为摩尔质量常数(即国际单位制下的1 g/mol)。
历史
阿伏伽德罗常量因阿莫迪欧·阿伏伽德罗而得名,他是一名19世纪早期的意大利化学家,在1811年他率先提出,气体的体积(在某温度与压力下)与所含的分子或原子数量成正比,与该气体的性质无关。法国物理学家让·佩兰于1909年提出,把常数命名为阿伏伽德罗常量来纪念他。佩兰于1926年获颁诺贝尔物理学奖,他研究一大课题就是各种量度阿伏伽德罗常量的方法。 [3]
阿伏伽德罗常量的值,最早由奥地利化学及物理学家约翰·约瑟夫·洛施米特(Johann Josef Loschmidt)于1865年所得,他透过计算某固定体积气体内所含的分子数,成功估计出空气中分子的平均直径。前者的数值,即理想气体的数量密度,叫“洛施米特常数”,就是以他命名的,这个常数大约与阿伏伽德罗常量成正比。由于阿伏伽德罗常量有时会用L表示,所以不要与洛施米特(Loschmidt)的L混淆,而在德语文献中可能时会把它们都叫作“洛施米特常数”,只能用计量单位来分辨提及的到底是哪一个。 [4]
要准确地量度出阿伏伽德罗常量的值,需要在宏观和微观尺度下,用同一个单位,去量度同一个物理量。这样做在早年并不可行,直到1910年,罗伯特·密立根成功量度到一个电子的电荷,才能够借助单个电子的电荷来做到微观量度。一摩尔电子的电荷是一个常数,叫法拉第常数,在麦可·法拉第于1834年发表的电解研究中有提及过。把一摩尔电子的电荷,除以单个电子的电荷,可得阿伏伽德罗常量 。自1910年以来,新的计算能更准确地确定,法拉第常数及基本电荷的值。
让·佩兰最早提出阿伏伽德罗数(N)这样一个名字,来代表一克分子的氢(根据当时的定义,即32克整的氧),而这个词至今仍被广泛使用,尤其是入门课本改用阿伏伽德罗常量(NA)这个名字,是1971年摩尔成为国际单位制基本单位后的事,因为自此物质的量就被认定是一个独立的量纲。于是,阿伏伽德罗数再也不是纯数,因为带一个计量单位:摩尔的倒数(mol-1)。
尽管不用摩尔来量度物质的量是挺罕见的,但是阿伏伽德罗常量可用其他单位表示,如磅摩尔(lb-mol)或盎司摩尔(oz-mol)。
衡量方法
阿伏伽德罗常量
阿伏加德罗常数是有量纲的,就是那么一堆东西,那么多粒子就叫1mol。摩尔就是“一堆”古希腊叫做“堆量”。那么一堆数量就叫一摩尔,它是物质的量的单位,说白了就是粒子“堆”数的单位。相对分子质量的单位是1,当摩尔质量以克每摩尔为单位时,两者数值上相等。
资料一
摩尔是表示物质的量的单位,每摩尔物质含有阿伏加德罗常数个微粒。摩尔是国际单位制中的基本单位之一,用于表示物质的量,简称摩,符号为mol。1971年第十四届国际计量大会规定:“摩尔是一系统的物质的量,该系统中所包含的基本单元数与0.012kg¹²C的原子数目相等。使用摩尔时应予以指明基本单元,它可以是原子、分子、离子、电子及其他粒子,或是这些粒子的特定组合。”摩尔好似一座桥梁把单个的、肉眼看不见的微粒跟大数量的微粒集体、可称量的物质之间联系起来了。在化学计算中应用摩尔十分方便。
资料二
阿伏加德罗常数,0.012kg¹²C中所含的原子数目叫做阿伏加德罗常数。阿伏加德罗常数的符号为NA。阿伏加德罗常数的近似值为:6.02×10²³mol-1。
符号:NA
含义:1mol任何粒子所含的粒子数均为阿伏加德罗常数。