2014 dxdy logo

Научный форум dxdy

Математика, Физика, Computer Science, Machine Learning, LaTeX, Механика и Техника, Химия,
Биология и Медицина, Экономика и Финансовая Математика, Гуманитарные науки




Начать новую тему Ответить на тему
 
 Происхождение "Моль Вещества".
Сообщение06.02.2015, 19:23 


06/02/15
4
Число Авагадро -это число молекул в 1 моле вещества.
По сути проблема была в том, чтобы сосчитать это количество молекул, найти способ.

Но вопрос: Что было эталоном для 1 моля? Ведь должно же было что-то быть основой (кого считать будем?), от чего отталкивались и как получили число 22,4 л/моль не зная величины моля.

 Профиль  
                  
 
 Re: Происхождение "Моль Вещества".
Сообщение06.02.2015, 19:28 
Заслуженный участник


04/05/09
4587
В википедии же написано.
За моль приняли ровно 12 грамм углерода-12.

 Профиль  
                  
 
 Re: Происхождение "Моль Вещества".
Сообщение06.02.2015, 20:07 
Заслуженный участник


09/05/12
25179
Насчет ${}^{12}\text{C}$ все, конечно, правильно, но, боюсь, не очень поможет. Давайте зайдем немного с другой стороны.

Все атомы состоят из протонов, нейтронов и электронов. При этом массы протона и нейтрона почти одинаковы, а масса электрона на три порядка меньше, и в итоге масса одного атома с довольно хорошей точностью определяется суммарным количеством протонов и нейтронов, входящих в его состав. Следовательно, если выбрать в качестве единицы массы массу протона, нейтрона или что-то близкое к ним, то в таких единицах массы атомов будут близки к целым числам. Именно близки, но не точно равны - масса ядра не совпадает в точности с суммой масс частиц, из которого оно состоит, а массой электронов мы вообще пренебрегли.

Для определенности выбор такой единицы массы (она называется "атомной единицей массы", а.е.м.) привязали к атому углерода-12, в ядре которого 6 протонов и 6 нейтронов. Масса такого атома по определению равна 12 а.е.м.

Теперь найдем соотношение между атомной единицей массы и граммом. По определению в одном грамме содержится число Авогадро атомных единиц массы. Отсюда уже получается определение моля и т.п.

Так (примерно) дело обстоит сейчас. Однако понятие моля появилось раньше и немного другим образом.

Сначала было замечено, что при химических реакциях между двумя реагентами определенная масса одного реагента всегда реагирует только с определенной массой другого. Если какого-то одного не хватает, то часть другого просто останется среди продуктов реакции. При изучении химических реакций газов выяснилось, что объемы реагентов всегда относятся друг к другу как небольшие целые числа. Поскольку у газов (идеальных) при одинаковых давлении и температуре концентрация постоянна, то отсюда было понято, что соотношение масс реагентов обусловлено в том числе и соотношением масс молекул, которые участвуют в реакциях.

Однако при этом массы отдельных молекул были неизвестны, можно было узнать только относительные массы различных молекул и атомов. Оказалось, что если считать отношения масс к массе атома водорода, то они все близки к целым (см.выше). В итоге оказалось проще договориться, что и количества молекул измеряются в некоторых относительных единицах - молях, сначала подобранных так, чтобы один моль атомарного водорода имел массу 1 грамм, а уже потом - чтобы один моль атомарного углерода-12 весил 12 граммов. Чему при этом на самом деле равно число частиц в моле (оно же число Авогадро), никто не знал, выяснить это с более-менее приличной точностью удалось только в начале XX века.

 Профиль  
                  
 
 Re: Происхождение "Моль Вещества".
Сообщение06.02.2015, 20:14 
Аватара пользователя


11/06/12
10390
стихия.вздох.мюсли
К сказанному Pphantom добавлю также, что есть идея зафиксировать число Авогадро и тем самым избавиться от такого дремучего анахронизма, как эталон килограмма.

 Профиль  
                  
 
 Re: Происхождение "Моль Вещества".
Сообщение06.02.2015, 20:27 
Заслуженный участник


09/05/12
25179
Aritaborian в сообщении #974718 писал(а):
К сказанному Pphantom добавлю также, что есть идея зафиксировать число Авогадро и тем самым избавиться от такого дремучего анахронизма, как эталон килограмма.
Да, в 2011 году была даже принята соответствующая резолюция, переход планировался в конце 2014 года. Однако пока не срослось...

 Профиль  
                  
 
 Re: Происхождение "Моль Вещества".
Сообщение06.02.2015, 20:50 


06/02/15
4
Pphantom в сообщении #974712 писал(а):
Насчет ${}^{12}\text{C}$ все, конечно, правильно, но, боюсь, не очень поможет. Давайте зайдем немного с другой стороны.

Все атомы состоят из протонов, нейтронов и электронов. При этом массы протона и нейтрона почти одинаковы, а масса электрона на три порядка меньше, и в итоге масса одного атома с довольно хорошей точностью определяется суммарным количеством протонов и нейтронов, входящих в его состав. Следовательно, если выбрать в качестве единицы массы массу протона, нейтрона или что-то близкое к ним, то в таких единицах массы атомов будут близки к целым числам. Именно близки, но не точно равны - масса ядра не совпадает в точности с суммой масс частиц, из которого оно состоит, а массой электронов мы вообще пренебрегли.

Для определенности выбор такой единицы массы (она называется "атомной единицей массы", а.е.м.) привязали к атому углерода-12, в ядре которого 6 протонов и 6 нуклонов. Масса такого атома по определению равна 12 а.е.м.

Теперь найдем соотношение между атомной единицей массы и граммом. По определению в одном грамме содержится число Авогадро атомных единиц массы. Отсюда уже получается определение моля и т.п.

Так (примерно) дело обстоит сейчас. Однако понятие моля появилось раньше и немного другим образом.

Сначала было замечено, что при химических реакциях между двумя реагентами определенная масса одного реагента всегда реагирует только с определенной массой другого. Если какого-то одного не хватает, то часть другого просто останется среди продуктов реакции. При изучении химических реакций газов выяснилось, что объемы реагентов всегда относятся друг к другу как небольшие целые числа. Поскольку у газов (идеальных) при одинаковых давлении и температуре концентрация постоянна, то отсюда было понято, что соотношение масс реагентов обусловлено в том числе и соотношением масс молекул, которые участвуют в реакциях.

Однако при этом массы отдельных молекул были неизвестны, можно было узнать только относительные массы различных молекул и атомов. Оказалось, что если считать отношения масс к массе атома водорода, то они все близки к целым (см.выше). В итоге оказалось проще договориться, что и количества молекул измеряются в некоторых относительных единицах - молях, сначала подобранных так, чтобы один моль атомарного водорода имел массу 1 грамм, а уже потом - чтобы один моль атомарного углерода-12 весил 12 граммов. Чему при этом на самом деле равно число частиц в моле (оно же число Авогадро), никто не знал, выяснить это с более-менее приличной точностью удалось только в начале XX века.

Благодарю!
По поводу отказа от Эталона КГ и перехода к атомам - это большая точность и конкретика, тоже про это слышал.


К теме:
Значит началось всё с того, что за 1 моль атомарного Водорода приняли 1 грамм. А так как атом углерода тяжелее атома водорода в 12 раз, то решили провести подсчет по твердому веществу. Тогда вопросы:

1) Верно ли утверждать, что фактически 1 моль - это 0,5 гр H2 (простого газа) и именно для этой массы получили значение объема 22,4 л/моль при нормальных условиях в уравнении Менделеева-Клапейрона?
2) Как определить массу газа (особенно такого малого количества)?
3) Как для всех остальных элементов периодической таблицы Менделеева посчитали их массу в а.е.м., т.е. как вычислили что Углерод-12 именно в 12 раз тяжелее и т.д., особенно для нестабильных элементов?

 Профиль  
                  
 
 Re: Происхождение "Моль Вещества".
Сообщение06.02.2015, 21:34 
Заслуженный участник


09/05/12
25179
leviaFun в сообщении #974743 писал(а):
Значит началось всё с того, что за 1 моль атомарного Водорода приняли 1 грамм. А так как атом углерода тяжелее атома водорода в 12 раз, то решили провести подсчет по твердому веществу.
Да, и именно потому, что с углеродом проще работать.

leviaFun в сообщении #974743 писал(а):
1) Верно утверждать, что фактически 1 моль - это 0,5 гр H2 (простого газа) и именно для этой массы получили значение объема 0,0224 л/моль при нормальных условиях в уравнении Менделеева-Клапейрона (для 500 гр - будет 22,4 л/кмоль) ?
Нет. 1 моль - это число Авогадро молекул, так что 1 моль молекулярного водорода весит 2 грамма.

22.4 литра из закона Авогадро также касаются всех газов, достаточно похожих на идеальный. В общем-то это прямое следствие одного из вариантов уравнения состояния идеального газа $p = n k T$, при стандартном атмосферном давлении и комнатной температуре у всех идеальных газов одинакова концентрация, т.е. количество частиц в единице объема.

leviaFun в сообщении #974743 писал(а):
2) Как определить массу газа (особенно такого малого количества)?
Например, каким-то образом связать его. И совершенно необязательно (даже вредно) делать это с малым количеством вещества.

leviaFun в сообщении #974743 писал(а):
3) Как для всех остальных элементов периодической таблицы Менделеева посчитали их массу в а.е.м., т.е. как вычислили что Углерод-12 именно в 12 раз тяжелее и т.д.,
С трудом. :D Довольно долго была популярна идея, что если некоторое вещество состоит из таких-то элементов, то в соответствующую молекулу входит по одному атому каждого компонента. Опровергнуть это утверждение смог как раз Авогадро, занимавшийся газовыми реакциями. Затем с помощью реаций, в которых так или иначе участвовали газы, удалось привязать эти данные и к твердым и жидким веществам (это сделал Берцелиус). В некоторых случаях ориентировались на идею, что при похожих химических свойствах соединений у них должны быть похожи формулы молекул. Затем был обнаружен закон Дюлонга и Пти, позволявший по измерениям теплоемкости твердых тел, состоявших из атомов одного элемента, получить относительные атомные веса. Затем использовалось понятие валентности, дававшее возможность понять, сколько атомов какого-либо элемента может входить в молекулу. И т.д. и т.п. Более-менее окончательно все это привел к общему знаменателю только в 1858 году Станислао Канниццаро. Однако кое-какие правки в атомные веса элементов вносил еще даже Менделеев - уже из соображений "укладки" их в Периодический закон.

leviaFun в сообщении #974743 писал(а):
особенно для нестабильных элементов?
Сначала всеми теми же методами, только в более точном исполнении (это уже конец XIX - начало XX века), а потом по данным о результатах распада ядер элементов.

 Профиль  
                  
 
 Re: Происхождение "Моль Вещества".
Сообщение06.02.2015, 21:59 
Заслуженный участник
Аватара пользователя


18/09/14
5027
Pphantom, у Вас механическая опечатка:
Pphantom в сообщении #974712 писал(а):
к атому углерода-12, в ядре которого 6 протонов и 6 нуклонов.

(Выделено мною).

 Профиль  
                  
 
 Re: Происхождение "Моль Вещества".
Сообщение06.02.2015, 22:28 
Заслуженный участник


09/05/12
25179
Mihr в сообщении #974800 писал(а):
Pphantom, у Вас механическая опечатка:
Ой, конечно, имелись в виду нейтроны. Спасибо, сейчас поправлю.

 Профиль  
                  
 
 Re: Происхождение "Моль Вещества".
Сообщение07.02.2015, 00:01 
Заслуженный участник
Аватара пользователя


30/01/06
72407
Droog_Andrey в сообщении #881190 писал(а):
Оттого и проект Авогадро свернули с этими кремниевыми шариками, если помните.
Munin в сообщении #881219 писал(а):
Расскажите поподробнее! Я думал, что он всё ещё жив. (И довольно жаль, если свернули, хорошее начинание.)
Droog_Andrey в сообщении #881423 писал(а):
Ну изначально планировалось подсчитать число атомов в этих сферах и определить единицу массы через массу атома кремния. Но потом оказалось, что слишком много фигни растёт на поверхности (surface layer, SL):
вот в этой статье авторы писал(а):
An unexpected metallic contamination existing on the sphere surface enlarges the uncertainty contribution of the correction parameters above the originally targeted value of $1\times10^{-8}$.

$\dots$

It is expected to reduce the uncertainty contribution due to the SL down to $1\times10^{-8}$.
Но за несколько лет ничего толком не решили. Более того, столкнулись с проблемой нестабильности примесного слоя:
вот в этой статье авторы писал(а):
The results reveal that the oxide layer needs a stabilisation time of several months after the etching process before the etched silicon spheres can be used – in combination with an approved cleaning procedure – as high-accuracy mass standards.
Так что воз и ныне там. Официально проект вроде бы жив, но возлагавшиеся на него в 2007 году надежды не оправдались.

 Профиль  
                  
 
 Re: Происхождение "Моль Вещества".
Сообщение07.02.2015, 00:46 


06/02/15
4
Pphantom, благодарю!

 Профиль  
                  
Показать сообщения за:  Поле сортировки  
Начать новую тему Ответить на тему  [ Сообщений: 11 ] 

Модераторы: photon, Toucan, Супермодераторы



Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей


Вы не можете начинать темы
Вы не можете отвечать на сообщения
Вы не можете редактировать свои сообщения
Вы не можете удалять свои сообщения
Вы не можете добавлять вложения

Найти:
Powered by phpBB © 2000, 2002, 2005, 2007 phpBB Group