This is a good article. Click here for more information.

아보가드로 상수

Avogadro constant
아메데오 아보가드로

아보가드로 상수(NA[1] 또는 L[2])는 표본의 성분 입자(일반적으로 분자, 원자 또는 이온)의 수와 해당 표본의 물질의 양을 연관시키는 비례 계수다.그것의 SI 단위는 상호 몰이며, 정확히A N = 6.02214076×1023 mol로−1 정의된다.[3][1][4][5][6]이탈리아 과학자 아메데오 아보가드로의 이름을 따서 지은 것이다.[7]이것을 아보가드로의 상수(또는 수)라고 하지만, 그는 그 가치를 결정한 화학자는 아니다.스타니슬라오 칸니자로는 1860년 칼스루에 의회에서 아보가드로가 사망한 지 4년 만에 이 숫자를 설명했다.[8][circular reference]

치수가 없는 숫자인 상호 몰로 표현되는 아보가드로 상수의 숫자 값을 아보가드로 번호라고 하는데, 때로는 N[9][10] 또는0 N을 나타내기도 하는데,[11][12] 따라서 한 몰에 포함된 입자의 수, 정확히 6.02214076×10이다23.[4][1]

아보가드로 상수의 값은 화학 화합물의 1 몰의 질량(gr)이 달튼(범용 원자 질량 단위)의 1개 분자의 평균 질량과 수적으로 같도록(모든 실제 목적을 위해) 선택되었다. 한 개의 달튼은 달튼이다.1개의 탄소-12 원자의 질량의 1/12로, 대략 하나의 핵(프로톤 또는 중성자)의 질량이다.예를 들어 물 한 분자의 평균 질량은 약 18.0153 달톤이며, 물 한 몰(N 분자)은 약 18.0153그램이다.따라서 아보가드로 상수 N은A 물질의 어금니 질량을 1개 분자의 평균 질량에 연관시키는 비례인자로, 아보가드로 수 역시 통상 물질의 1g에 해당하는 핵의 대략적인 수이다.[13]

아보가드로 상수는 또한 물질의 어금니 부피를 그 입자 중 하나가 명목상 점유한 평균 부피와 연관시킨다. 이 두 부피는 동일한 부피 단위로 표현된다.예를 들어, 평상시 물의 어금니 부피는 약 18 mL/mol이므로, 물 분자 1개가 차지하는 부피는 약 18/6.022×10−23 mL, 즉 약 30 303(큐빅 앙스트롬)이다.결정 물질의 경우 어금니 부피(몰/mL 단위), 결정의 반복 단위 세포 부피(mL 단위) 및 해당 세포의 분자 수와 유사하게 관련된다.

아보가드로 수(또는 상수)는 오랜 역사를 통해 여러 가지 방법으로 정의되어 왔다.대략적인 값은 1865년 조제프 로슈미트에 의해 간접적으로 처음 결정되었다.([14]아보가드로의 숫자는 로슈미트 상수와 밀접한 관계가 있으며, 두 개념은 때때로 혼동되기도 한다.)처음에는 장 페린에 의해 16그램의 산소 속에 있는 원자의 수로 정의되었다.[7]이후 국제체중측정국(BIPM) 제14차 회의에서 동위원소 탄소-12(12C) 12그램의 원자 수로 재정의됐다.[15]각각의 경우에, 두더지는 기준 샘플과 동일한 수의 원자를 포함하는 물질의 양으로 정의되었다.특히 탄소-12가 기준일 때 탄소-12 몰 1개는 정확히 원소의 12g이었다.

이러한 정의는 아보가드로 숫자의 값이 그러한 원소의 한 원자의 질량(그램 단위)의 실험적으로 결정된 값에 따라 결정된다는 것을 의미했고, 따라서 소수 자릿수의 제한된 숫자로만 알려져 있었다.그러나 BIPM은 제26차 회의에서 다른 접근법을 채택하였다. 2019년 5월 20일 발효된 아보가드로 번호를 정확한 값 N = 6.02214076×10으로23 정의하고, 몰을 N 성분 입자를 포함하는 고려 중인 물질의 양으로 다시 정의했다.새로운 정의에 따르면, 모든 물질의 한 몰(수소, 탄소-12, 산소-16 포함)의 질량은 구성 입자 중 하나의 평균 질량의 N배, 즉 각 물질에 대해 정확한 값을 실험적으로 결정해야 하는 물리적 질량의 N배이다.

역사

개념의 기원

1926년 장 페린

아보가드로 상수는 이탈리아의 과학자 아메데오 아보가드로(1776–1856)가 1811년에 기체의 부피(주어진 압력과 온도)가 기체의 성질에 관계 없이 원자나 분자의 수에 비례한다고 처음 제안한 데서 따온 이름이다.[16]

아보가드로의 수라는 이름은 물리학자인 장 페린이 1909년에 만든 것으로, 그는 이것을 정확히 32그램의 산소 속에 있는 분자의 수로 정의했다.[7]이 정의의 목적은 물질의 몰 질량(gr)을 수소 원자의 질량에 비례하는 한 분자의 질량과 수치적으로 같게 만드는 것이었다. 이것은 일정한 비율의 법칙 때문에 원자 질량의 자연 단위였으며, 산소의 원자 질량의 1/16로 가정되었다.

첫 번째 측정

요제프 로슈미트

아보가드로의 수(그 이름으로 아직 알려져 있지 않음)의 값은 1865년 요제프 로슈미트에 의해 주어진 가스 부피의 입자 수를 추정함으로써 처음으로 간접적으로 획득되었다.[14]이 값, 이상적인 기체 내 입자의 수 밀도 n은0 이제 그를 기리기 위해 로슈미트 상수라고 불리며, 에 의해 아보가드로 상수인 N과A 관계가 있다.

여기서 p는0 압력, R은 기체 상수, T는0 절대 온도다.이 작품 때문에 기호 L은 아보가드로 상수에 사용되기도 하며,[17] 독일 문헌에서는 그 이름을 두 상수에 모두 사용할 수 있으며, 측정 단위로만 구별할 수 있다.[18](단, N은A 영문학에서 전혀 다른 로슈미트 상수와 혼동해서는 안 된다.)

페린 자신도 몇 가지 다른 실험 방법에 의해 아보가드로의 수를 결정했다.그는 이 작품으로 1926년 노벨 물리학상을 받았다.[19]

전자의 몰당 전하를 패러데이 상수라고 하는 상수로, 마이클 패러데이가 전기분해에 관한 작품을 발표한 1834년부터 알려져 있다.1910년에 로버트 밀리칸은 전자에 대한 전하의 첫 번째 측정을 얻었다.전자 몰의 전하를 하나의 전자에 대한 전하로 나눈다면 아보가드로 수의 보다 정확한 추정치를 얻을 수 있었다.[20]

1971년 SI 정의

1971년 국제체중측정국(BIPM)은 국제단위계(SI)에서 두더지를 그 기준단위로 하여 물질의 양을 독립적인 측정차원이라고 간주하기로 결정하였다.[17]구체적으로는 0.012kg의 탄소-12에 원자가 있는 만큼 많은 기초 실체를 함유하고 있는 물질의 양으로 정의했다.

이 정의에 따르면, "물질의 1그램은 N핵을0 함유하고 있다"는 일반적인 엄지손가락 규칙은 탄소-12에 대해서는 정확했지만, 다른 원소와 동위원소에 대해서는 약간 부정확했다.반면에, 어떤 물질의 한 몰은 다른 물질의 한 몰만큼 정확하게 많은 분자를 포함하고 있었다.

이 정의의 결과, SI 시스템에서 아보가드로 상수 N은A 순수한 숫자가 아닌 물질의 양의 역수치의 치수성을 가지며, 어금니의−1 단위로 대략적인 6.02×1023 값을 가졌다.[17]이 정의에 의해 N의A 가치는 본질적으로 실험적으로 결정되어야 했다.

BIPM도 N을A '아보가드로 상수'로 명명했지만, 특히 입문 작품에서는 '아보가드로 번호'라는 말이 계속 쓰였다.[21]

2019년 SI 재정립

주요기사 : 2019년 SI기초단위 재정비

2017년 BIPM은 몰의 정의와 물질의 양을 바꾸기로 했다.[22][4]몰은 정확히 6.02214076×10의23 기본 실체를 포함하는 물질의 양으로 재정의되었다.이러한 변화의 한 가지 결과는 C 원자 몰의 질량이 더 이상 정확히 0.012 kg이 아니라는 것이다.반면 달튼(a.k.a.범용 원자 질량 단위)은 C 질량의 1/12로 변함이 없다.[23][24]따라서 실질적인 목적상 차이(2019년 3월 기준, 상대적인 측면에서 4.5×10−10)는 미미하지만 어금니 질량 상수는 더 이상 정확히 1g/mol이 아니다.[4][1]

다른 상수에 대한 연결

아보가드로 상수 N은A 다른 물리적 상수 및 속성과 관련이 있다.

  • 어금니 가스 상수R과 볼츠만 상수B k와 관련되며, SI에서는 (1920년 5월 20일 이후) 정확히 1.380649×10−23 J/K로 정의된다.[4]
    A = 8.31446261815324 J⋅K−1⋅mol−1
  • Faraday constantF와 기본 전하와 관련되며, SI에서 (2019년 5월 20일 이후) 정확히 1.602176634×10−19 쿨롬으로 정의된다.[4]
    = 96485.3321233100184 C/mol
  • 현재 1.66053906660(50)×10kg인−27 어금니 질량 상수, Mu 및 원자 질량 상수와u 관련된다.[25]
    A = 0.99999999965(30)×10kg−3⋅mol−1[26]

참고 항목

참조

  1. ^ a b c d Bureau International des Poids et Mesures(2019):국제 단위 체계(SI), 9번째 판, 영어판 134쪽.BIPM 웹 사이트에서 사용 가능.
  2. ^ H. P. 레만, X.푸엔테스-아르데리우 및 L. F. 베르텔로(1996): "임상 화학(IUPAC-IFCC 권장사항 1996)"; 963페이지의 항목 "아보가드로 상수".순수 및 응용 화학, 68권, 4, 957–1000페이지. doi:10.1351/pac199668040957
  3. ^ "2018 CODATA Value: Avogadro constant". The NIST Reference on Constants, Units, and Uncertainty. NIST. 20 May 2019. Retrieved 2019-05-20.
  4. ^ a b c d e f 국제체중조사국(2018):채택된 결의안 - 26차 콘펜스 게네랄 데 포이드 외 메족스 2018-11-19 웨이백 머신에 보관.BIPM 웹 사이트에서 사용 가능.
  5. ^ IUPAC, 화학용어 종합편찬, 제2편.("금책")(1997년).온라인 수정 버전: (2006–) "아보가드로 상수". doi:10.1351/골드북.A00543 액세스 2019-02-08
  6. ^ de Bievre, P.; Peiser, H. S. (1992). "Atomic Weight: The Name, Its History, Definition and Units". Pure and Applied Chemistry. 64 (10): 1535–1543. doi:10.1351/pac199264101535. S2CID 96317287.
  7. ^ a b c Perrin, Jean (1909). "Mouvement brownien et réalité moléculaire". Annales de Chimie et de Physique. 8e Série. 18: 1–114. 영어로 추출해 프레드릭 소디의 번역.
  8. ^ "Amedeo Avogadro". Retrieved October 30, 2020.
  9. ^ 리너스 폴링(1970), 제너럴 케미스트리 96페이지.2014년 Courier에 의해 재인쇄된 Dover Edition; 992페이지.ISBN 9780486134659
  10. ^ 마빈 옐레스(1971):맥그로힐 과학기술 백과사전 제9권 제3판; 707쪽.ISBN 9780070797987
  11. ^ 리처드 P.파인만(1963년):파인만 강의, 제2권, 제2권, 제2판, 512쪽.ISBN 9780805390476
  12. ^ Max Born(1969년):원자물리학 8판2013년 Courier에 의해 다시 인쇄된 도버판; 544페이지.ISBN 9780486318585
  13. ^ Okun, Lev B.; Lee, A. G. (1985). Particle Physics: The Quest for the Substance of Substance. OPA Ltd. p. 86. ISBN 978-3-7186-0228-5.
  14. ^ a b Loschmidt, J. (1865). "Zur Grösse der Luftmoleküle". Sitzungsberichte der Kaiserlichen Akademie der Wissenschaften Wien. 52 (2): 395–413. 영어 번역
  15. ^ International Bureau of Weights and Measures (2006), The International System of Units (SI) (PDF) (8th ed.), pp. 114–15, ISBN 92-822-2213-6, archived (PDF) from the original on 2021-06-04, retrieved 2021-12-16
  16. ^ Avogadro, Amedeo (1811). "Essai d'une maniere de determiner les masses relatives des molecules elementaires des corps, et les proportions selon lesquelles elles entrent dans ces combinaisons". Journal de Physique. 73: 58–76. 영어 번역
  17. ^ a b c BIPM 웹사이트에서 이용 가능한 웨이백 머신에서 2020-09-23을 보관한 제14차 회의 Générale des Poids et Mesures.
  18. ^ Virgo, S.E. (1933). "Loschmidt's Number". Science Progress. 27: 634–649. Archived from the original on 2005-04-04.
  19. ^ C.W. (1926년 12월 10일) Oisned, C.W.1926년 노벨 물리학상 발표 연설
  20. ^ (1974년): 무반주 상수에 대한 소개, 1900–1920 브리태니커 백과사전, 15번째 판, NIST에서 복제.2019-07-03에 접속.
  21. ^ Kotz, John C.; Treichel, Paul M.; Townsend, John R. (2008). Chemistry and Chemical Reactivity (7th ed.). Brooks/Cole. ISBN 978-0-495-38703-9. Archived from the original on 2008-10-16.
  22. ^ 국제체중조사국(2017):제106차 국제체중조사위원회(CIPM), 제16-17, 2017년 10월 20일자 23면.BIPM 웹 사이트 웨이백머신에 보관된 2021-02-21에서 이용 가능.
  23. ^ Pavese, Franco (January 2018). "A possible draft of the CGPM Resolution for the revised SI, compared with the CCU last draft of the 9th SI Brochure". Measurement. 114: 478–483. Bibcode:2018Meas..114..478P. doi:10.1016/j.measurement.2017.08.020. ISSN 0263-2241.
  24. ^ Lehmann, H. P.; Fuentes-Arderiu, X.; Bertello, L. F. (2016-02-29). "Unified Atomic Mass Unit". doi:10.1515/iupac.68.2930. {{cite journal}}:Cite 저널은 필요로 한다. journal=(도움말)
  25. ^ "2018 CODATA Value: atomic mass constant". The NIST Reference on Constants, Units, and Uncertainty. NIST. 20 May 2019. Retrieved 2019-05-20.
  26. ^ "2018 CODATA Value: molar mass constant". The NIST Reference on Constants, Units, and Uncertainty. NIST. 20 May 2019. Retrieved 2019-05-20.

외부 링크