Bilangan Avogadro: Sejarah, pengukuran, satuan

Bilangan Avogadro: Sejarah, pengukuran, satuan

Konstanta Avogadro atau “Bilangan Avogadro” (simbol: L, NA) adalah jumlah partikel penyusunnya (biasanya atom atau molekul) yang ditemukan dalam jumlah zat dalam satu mol. Oleh karena itu, Bilangan Avogadro adalah faktor proporsional yang menghubungkan massa molar suatu zat dengan massa sampel. Nilainya sama dengan 6.022 140 857 (62) × 1023 mol−1.

Definisi kuantitas kimia sebelumnya melibatkan bilangan Avogadro, sebuah istilah historis yang terkait erat dengan konstanta Avogadro tetapi didefinisikan secara berbeda: pada awalnya didefinisikan oleh Jean Baptiste Perrin sebagai jumlah atom dalam satu mol hidrogen. Itu kemudian didefinisikan ulang sebagai jumlah atom dalam 12 gram isotop karbon-12 dan kemudian digeneralisasikan untuk menghubungkan jumlah zat dengan berat molekulnya. Sebagai contoh, sekitar 1 gram hidrogen, yang memiliki jumlah massa 1 , mengandung 6.022 × 1023 atom hidrogen, yaitu, lebih dari enam ratus ribu triliun atom. Demikian pula, 12 gram karbon-12 (angka massa 12) mengandung jumlah atom yang sama, 6.02214 × 1023. Bilangan Avogadro adalah besaran tanpa dimensi dan memiliki nilai numerik konstanta Avogadro, yang memiliki satuan pengukur.

Konstanta Avogadro sangat penting untuk memahami komposisi molekul dan interaksi serta kombinasinya. Misalnya, karena satu atom oksigen akan bergabung dengan dua atom hidrogen untuk membuat satu molekul air (H2O), demikian juga satu mol oksigen (6,022 × 1023 atom O) akan bergabung dengan dua mol hidrogen (2 × 6,022 × 1023 atom M) untuk membuat satu mol H2O.

Revisi dalam himpunan satuan dasar Sistem Internasional (SI) membuatnya perlu untuk mendefinisikan kembali konsep kuantitas bahan kimia, sehingga bilangan Avogadro dan definisinya digantikan oleh konstanta Avogadro dan definisinya. Telah diusulkan bahwa perubahan dalam unit SI secara akurat mengatur nilai konstanta menjadi tepat 6.02214 × 1023 ketika dinyatakan dalam satuan mol – 1.

Apa itu

Dalam kimia, bilangan Avogadro atau konstanta Avogadro adalah jumlah partikel penyusun suatu zat (biasanya atom atau molekul) yang dapat ditemukan dalam jumlah satu mol zat itu. Dikatakan dalam istilah yang lebih sederhana, bilangan Avogadro adalah faktor proporsi yang menghubungkan massa (kuantitas materi) yang khas dari suatu zat dan massa yang ada dalam sampelnya.

Nilai yang diterima dari bilangan Avogadro ini adalah 6.022 140 857 (74) x10^23 / mol.

Saat ini, istilah Konstanta Avogadro digunakan alih-alih “bilangan”, karena istilah ini dulu lebih disukai tetapi didefinisikan oleh perhitungan yang berbeda. Jean Baptiste Perrin, pada, awalnya mendefinisikannya sebagai jumlah atom dalam satu mol hidrogen (H); tetapi kemudian didefinisikan kembali sebagai jumlah atom dalam 12 gram karbon-12, sebelum digeneralisasi untuk dapat diterapkan secara proporsional untuk semua jenis zat.

Oleh karena itu, bilangan Avogadro adalah nilai tanpa dimensi. Dalam 1 gram hidrogen, ada sekitar 6,022 x 10^23 atom hidrogen, sedangkan dalam 12 gram karbon-12 ada jumlah atom yang persis sama. Ini karena atom memiliki ukuran yang berbeda tergantung pada unsurnya, tentunya. Tetapi berfungsi untuk mengetahui berapa banyak masing-masing zat harus digunakan untuk memiliki jumlah atom yang identik.

Bilangan Avogadro penting untuk pengetahuan eksperimental kimia. Misalnya, untuk menghasilkan 1 mol air (H2O) kita harus menggabungkan 1 mol oksigen (6,022 x 10^23 atom) dengan 2 mol hidrogen (2 x 6,022 x 10^23 atom). Ini, tentu saja, sesuai dengan pengukuran yang diterima oleh Sistem Internasional (SI).

Sejarah

Penemuan konstanta ini dikaitkan dengan Amadeo Avogadro, seorang ilmuwan Italia awal abad ke-19, yang pertama kali mengusulkan pada tahun 1811 bahwa volume gas pada tekanan dan suhu yang diberikan mengandung jumlah atom atau molekul yang sama, terlepas dari Sifat gas.

Namun bilangan Avogadro didalilkan pada tahun 1909 dengan nama itu, oleh fisikawan Prancis Jean Perrin, yang akan memenangkan Hadiah Nobel dalam Fisika pada tahun 1926 sebagian besar berkat upayanya untuk menentukan nilai yang tepat dari Konstan Avogadro dengan menggunakan berbagai teknik dan metode eksperimental.

Terminologi dan satuan

Awalnya nama “Bilangan Avogadro” diusulkan untuk merujuk pada jumlah molekul dalam molekul-gram oksigen (tepatnya 32 gram dioksigen (sebelumnya oksigen), sesuai dengan definisi periode),  dan istilah ini adalah masih banyak digunakan, terutama dalam pengenalan karya.  Perubahan nama menjadi “Konstanta Avogadro” datang dengan diperkenalkannya mol sebagai satuan dasar yang terpisah dalam Sistem Satuan Internasional (SI) pada tahun 1971, yang mengakui jumlah zat sebagai satuan independen. Dengan pengakuan ini, konstanta Avogadro bukan lagi angka murni, tetapi besaran fisik, yang terkait dengan satuan pengukuran, kebalikan dari mol (mol-1) dalam satuan SI. Perubahan dalam Nama dari bentuk posesif “dari Avogadro” ke bentuk nominatif “Avogadro” adalah perubahan umum dalam praktik sejak zaman Perrin untuk nama-nama semua konstanta fisik. Memang, konstanta dinamai untuk menghormati Avogadro: itu tidak merujuk pada Avogadro sendiri, dan tidak mungkin untuk mengukurnya selama hidup Avogadro.

Digit dalam tanda kurung pada akhir nilai konstan Avogadro mengacu pada ketidakpastian standarnya, khususnya nilai 0,000 000 27 × 1023 mol−1. Sementara penggunaan satuan zat selain mol jarang terjadi, konstanta Avogadro juga dapat didefinisikan dalam satuan seperti pon-mol (lb-mol) dan ons-mol (oz-mol).

NA = 6.022 141 29 (27) × 1023 mol−1 = 2.731 597 57 (14) × 1023 lb-mol−1 = 1.707 248 479 (85) × 1023 oz-mol.

Hubungan fisik tambahan

Karena perannya sebagai faktor skala, konstanta Avogadro membangun hubungan antara serangkaian konstanta fisik yang berguna ketika kita bergerak antara skala atom dan skala makroskopis. Misalnya, menjalin hubungan antara:

konstanta gas R dan konstanta Boltzmann kB (dalam J mol – 1 K – 1):

konstanta Faraday F dan muatan elementer e (dalam C mol – 1):

Konstanta Avogadro juga termasuk dalam definisi konstanta massa atom (mu):

di mana Mu adalah konstanta massa molar.

Pengukuran

Metode tepat pertama untuk mengukur nilai konstanta Avogadro didasarkan pada pengukuran koulometrik. Prinsipnya adalah untuk mengukur konstanta Faraday, F, yang merupakan muatan listrik yang dibawa oleh satu mol elektron, dan dibagi dengan muatan unsur, e, untuk mendapatkan konstanta Avogadro.

N A = F / e

Eksperimen klasik adalah dari Bowers dan Davis di NIST, dan didasarkan pada disolusi perak dari anoda sel elektrolitik, dengan melewatkan arus listrik konstan I untuk waktu yang diketahui t. Jika m adalah massa perak yang hilang oleh anoda dan Ar adalah berat atom perak, maka konstanta Faraday diberikan oleh:

Peneliti NIST mengembangkan metode cerdik untuk mengkompensasi perak yang hilang dari anoda karena alasan mekanis, dan melakukan analisis isotop perak mereka untuk menentukan berat atom yang sesuai. Nilainya untuk konstanta Faraday konvensional adalah: F90 = 96485,309 C/mol, yang sesuai dengan nilai untuk konstanta Avogadro 6.0221367 · 1023 mol – 1: kedua nilai memiliki ketidakpastian standar relatif 1.3. 10-6.

Metode massa elektron

Komite Data untuk Sains dan Teknologi (CODATA) secara teratur menerbitkan nilai-nilai konstanta fisik untuk penggunaan internasional. Dalam kasus konstanta Avogadro, menentukannya dari hasil bagi antara massa molar elektron Ar (e), Mu dan massa elektron lainnya:

“Massa atom relatif” dari elektron, Ar (e), adalah besaran yang dapat diukur secara langsung, dan massa molar konstan Mu, adalah konstanta yang didefinisikan dalam sistem SI. Massa istirahat elektron, bagaimanapun, dihitung dari pengukuran konstan lainnya:

Seperti dapat dilihat dalam nilai-nilai tabel CODATA 2006,16 faktor pembatas utama dalam presisi yang diketahui nilai konstanta Avogadro adalah ketidakpastian nilai konstanta Planck, karena semua yang lain Konstanta yang berkontribusi dalam perhitungan jauh lebih tepat dikenal.

Tinggalkan Balasan