Número de Avogadro:al menos no es tan difícil de recordar como pi. Foto cortesía de A. Loudermilk Te daremos una pista:no es 867-5309. Ese es el número de Jenny no de Avogadro. Tampoco encontrará estos dígitos garabateados con un marcador en la pared del baño público. Vas a, sin embargo, descúbrelo en las páginas de un libro de texto estándar de química:es 6.0221415 × 10 23 . Escrito y publicado, eso es 602, 214, 150, 000, 000, 000, 000, 000 [fuente:Fox]. ¿Tienes poco tiempo? Solo llámalo topo.
Al igual que una docena son 12 cosas, a Topo es simplemente el número de cosas de Avogadro. En Quimica, esas "cosas" son átomos o moléculas. En teoria, podrías tener un lunar de pelotas de béisbol o cualquier otra cosa, pero dado que un lunar de pelotas de béisbol cubriría la Tierra a una altura de varios cientos de millas, sería difícil encontrar un buen uso práctico para un mol de algo más grande que una molécula [fuente:Hill y Kolb]. Entonces, si el lunar solo se usa para química, ¿Cómo se cruzaron Amedeo Avogadro (nombre completo:Lorenzo Romano Amedeo Carlo Avogadro) y la química?
Nacido en Italia en 1776, Avogadro creció durante un período importante en el desarrollo de la química. Químicos como John Dalton y Joseph Louis Gay-Lussac estaban comenzando a comprender las propiedades básicas de los átomos y las moléculas, y debatieron acaloradamente cómo se comportaban estas partículas infinitesimalmente pequeñas. De Gay-Lussac ley de combinar volúmenes Avogadro particularmente interesado. La ley establecía que cuando dos volúmenes de gases reaccionan entre sí para crear un tercer gas, la relación entre el volumen de los reactivos y el volumen del producto siempre se compone de números enteros simples. Aquí hay un ejemplo:dos volúmenes de gas hidrógeno se combinan con un volumen de gas oxígeno para formar dos volúmenes de vapor de agua (al menos cuando las temperaturas son lo suficientemente altas) sin que quede nada, o:
2H 2 + O 2 -> 2H 2 O
Jugando con las implicaciones de esta ley, Avogadro dedujo que para que esto sea cierto, volúmenes iguales de dos gases cualesquiera a la misma temperatura y presión deben contener un número igual de partículas ( Ley de Avogadro ). Y la única forma de explicar que esta ley podría ser cierta para cualquier ejemplo, incluido el que acabamos de mencionar, es si hubiera una diferencia entre átomos y moléculas y que algunos elementos, como el oxigeno, existen realmente como moléculas (en el caso del oxígeno, O 2 en lugar de simplemente O) Concedido, Avogadro no tenía palabras como "molécula" para describir su teoría, y sus ideas encontraron la resistencia de John Dalton, entre otros. Se necesitaría otro químico llamado Stanislao Cannizzaro para traer las ideas de Avogadro la atención que merecen. Para cuando esas ideas ganaron fuerza, Avogadro ya había fallecido.
Entonces, ¿dónde encaja el número de Avogadro en esto? Debido a que la ley de Avogadro demostró ser tan crítica para el avance de la química, El químico Jean Baptiste Perrin nombró el número en su honor. Siga leyendo para ver cómo los químicos determinaron el número de Avogadro y por qué, incluso hoy, es una parte tan importante de la química.
¿Cómo diablos se establecieron los químicos en una cifra aparentemente arbitraria para el número de Avogadro? Para entender cómo se derivó, primero tenemos que abordar el concepto de unidad de masa atómica (uma). los unidad de masa atómica se define como 1/12 de la masa de un átomo de carbono-12 (el isótopo más común de carbono). He aquí por qué es genial:el carbono-12 tiene seis protones, seis electrones y seis neutrones, y debido a que los electrones tienen muy poca masa, 1/12 de la masa de un átomo de carbono-12 está muy cerca de la masa de un solo protón o un solo neutrón. Los pesos atómicos de los elementos (los números que se ven debajo de los elementos en la tabla periódica) también se expresan en términos de unidades de masa atómica. Por ejemplo, el hidrógeno tiene, de media, un peso atómico de 1,00794 uma.
Desafortunadamente, los químicos no tienen una escala que pueda medir unidades de masa atómica, y ciertamente no tienen la capacidad de medir un solo átomo o molécula a la vez para llevar a cabo una reacción. Dado que los diferentes átomos pesan diferentes cantidades, los químicos tenían que encontrar una manera de cerrar la brecha entre el mundo invisible de los átomos y las moléculas y el mundo práctico de los laboratorios de química llenos de escalas que miden en gramos. Para hacer esto, crearon una relación entre la unidad de masa atómica y el gramo, y esa relación se ve así:
1 uma =1 / 6,0221415 x 10 23 gramos
Esta relación significa que si tuviéramos el número de Avogadro, o un lunar, de átomos de carbono-12 (que tiene un peso atómico de 12 uma por definición), esa muestra de carbono-12 pesaría exactamente 12 gramos. Los químicos usan esta relación para convertir fácilmente entre la unidad medible de un gramo y la unidad invisible de lunares, de átomos o moléculas.
Ahora que sabemos cómo es útil el número de Avogadro, necesitamos examinar una última pregunta:¿Cómo determinaron los químicos cuántos átomos hay en un mol en primer lugar? La primera estimación aproximada fue cortesía del físico Robert Millikan, quien midió la carga de un electrón. La carga de un mol de electrones, llamado a Faraday , ya era conocido cuando Millikan hizo su descubrimiento.
Dividiendo un Faraday por la carga de un electrón, luego, nos da el número de Avogadro. Tiempo extraordinario, Los científicos han encontrado formas nuevas y más precisas de estimar el número de Avogadro, más recientemente, utilizó técnicas avanzadas como el uso de rayos X para examinar la geometría de una esfera de silicio de 1 kilogramo y extrapolar el número de átomos que contenía a partir de esos datos. Y mientras que el kilogramo es la base de todas las unidades de masa, algunos científicos quieren comenzar a usar el número de Avogadro en su lugar, en gran medida de la forma en que ahora definimos la longitud de un metro en función de la velocidad de la luz en lugar de al revés.
Mole Day:Un día después del corazón de un químicoProbablemente no tendrá el día libre en el trabajo ni encontrará su farmacia local llena de tarjetas que celebran la ocasión, pero el Día del Mole es celebrado todos los años por químicos de todo el mundo. Dado que el número de Avogadro es 6.022 × 10 23 , tiene sentido que las vacaciones comiencen a las 6:02 a.m. cada 23 de octubre. Los juerguistas cuentan chistes sobre química, soplan burbujas de gas natural que prenden fuego, Brinde con bebidas heladas con hielo seco e incluso recite el juramento de lealtad del mole.
Un agradecimiento especial a Meisa Salaita, genio de la química y el Director de Educación y Difusión, Centro NSF para la Evolución Química, por su ayuda con este artículo.
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