Химия оперирует вещами, которых никто не видел. Атомы и молекулы слишком малы для любого микроскопа, зато их приходится считать: реакция идет по числу частиц, тогда как весы показывают граммы. Мостик между этими двумя мирами построил итальянец, которого при жизни почти не слушали.
Кто такой Амедео Авогадро
Полное имя звучит внушительно: граф Лоренцо Романо Амедео Карло Авогадро ди Кваренья э ди Черрето. Родился он 9 августа 1776 года в Турине, столице Сардинского королевства, в семье потомственных юристов — Авогадро служили адвокатами при католической церкви с XII века. Дорога была расписана заранее. В двадцать лет Амедео получил докторскую степень по церковному праву и начал практиковать. А годам к двадцати пяти бросил все и сел за учебники физики и математики — самостоятельно, без наставников.
Переучиться удалось. В 1809 году Авогадро преподавал физику в лицее, а в 1820-м возглавил новую кафедру математической физики в Туринском университете. Умер он в 1856 году в Турине, так и не дождавшись, когда научный мир признает его главную идею.
Что такое число Авогадро
Число Авогадро — это количество частиц в одном моле вещества. Ровно 6,02214076 × 10²³ штук: атомов, молекул, ионов или электронов, смотря о чем речь. Порядок трудно уложить в голове. В стакане воды молекул примерно столько же, сколько стаканов воды поместилось бы во всем Мировом океане.
Любопытная деталь: сам Авогадро эту величину никогда не считал и даже не подозревал о ее существовании. Он лишь предположил, что в равных объемах газов частиц поровну. Имя ученого константа получила в 1909 году, через полвека после его смерти, — так предложил французский физик Жан Перрен, который как раз тогда сумел ее измерить.
С 2019 года значение стало точным по определению. Международная система единиц закрепила его среди семи фундаментальных постоянных, и теперь моль определяется прямо через это число, без всякой привязки к килограмму углерода.
Что такое закон Авогадро
В 1811 году Авогадро сформулировал то, что сегодня зовут его законом: в равных объемах разных газов при одинаковых температуре и давлении содержится одинаковое число молекул. Из закона выходит, что объем газа задается числом частиц. Литр водорода и литр кислорода при одних условиях содержат поровну молекул, хотя весят по-разному. Отсюда родилось понятие молярного объема: при нормальных условиях моль любого газа занимает около 22,4 литра.
Тогда же Авогадро высказал мысль, которая коллег и оттолкнула. Молекулы простых газов, утверждал он, состоят из нескольких одинаковых атомов: кислород — это O₂, водород — H₂. Химикам начала XIX века идея показалась дикой. Зачем одинаковым атомам слипаться? Гипотезу отвергли почти на полвека.
Правоту доказал соотечественник Авогадро, Станислао Канниццаро. В 1860 году на первом Международном конгрессе химиков в Карлсруэ он изложил идею так убедительно, что зал наконец согласился. Автора к тому времени не было в живых четыре года.
Как число Авогадро связано с молем
Моль — это единица количества вещества, одна из семи основных в системе СИ. Определение простое: моль содержит ровно 6,02214076 × 10²³ структурных единиц. Смысл придумки чисто практический. Атом углерода весит около 2 × 10⁻²³ грамма, работать с такими числами невозможно. Зато моль углерода весит ровно 12 граммов, моль воды — 18, моль железа — 56. Молярная масса численно совпадает с атомной или молекулярной массой из таблицы Менделеева, только выражена в граммах.
Получается удобный переводчик. Химик взвешивает вещество на обычных весах, делит массу на молярную — и сразу знает, сколько частиц у него в колбе.
Где используют число Авогадро
Константа давно вышла за пределы учебников. Ее используют везде, где нужно перевести взвешенное вещество в количество частиц.
- Школьные и вузовские расчеты. Любая задача на количество вещества, объем газа или концентрацию раствора упирается в моль.
- Промышленность. Чтобы получить тонну аммиака, азот и водород нужно свести в строгой пропорции по числу молекул. Ошибка в расчете оборачивается недожогом сырья и потерянными деньгами.
- Фармацевтика и медицина. Дозировки препаратов, концентрации веществ в крови, расчет реагентов для анализов — все считается в молях.
- Физика и метрология. Постоянная Авогадро связывает макромир с микромиром: через нее выражаются газовая постоянная, постоянная Больцмана и заряд электрона. На ней же стоят расчеты, которые описывает молекулярно-кинетическая теория.
Интересные факты об Амедео Авогадро
В памяти потомков Авогадро остался автором одной формулы. Биография у него вышла заметно богаче: там нашлось место и политике, и государственной службе, и посмертной славе довольно неожиданного свойства.
- Он участвовал в революции. В 1821 году ученый поддержал восстание против сардинского короля. Университет вскоре закрыли, кафедру Авогадро потерял и вернулся к преподаванию только через десять с лишним лет.
- Он ввел в Пьемонте метрическую систему. Помимо физики Авогадро занимался статистикой, метеорологией и мерами весов — по сути, работал государственным метрологом.
- Памятник ему поставили почти сразу. Уже через год после похорон в Туринском университете появился монумент ученому, хотя его главную гипотезу коллеги в тот момент все еще не признавали.
- Его именем назван кратер на Луне. Он лежит на обратной стороне, в северном полушарии, и получил имя ученого в 1970 году.
- В его честь отмечают неофициальный праздник. Химики празднуют День моля 23 октября, с 6:02 утра до 6:02 вечера: дата и время зашифровывают 6,02 × 10²³.
Ранее Наука Mail рассказала, как Дмитрий Менделеев в одиночку поднялся на аэростате наблюдать солнечное затмение.