Número de Avogadro: história, unidades, como calculá-lo, usa - Ciência - 2023


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Número de Avogadro: história, unidades, como calculá-lo, usa - Ciência
Número de Avogadro: história, unidades, como calculá-lo, usa - Ciência

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o Número de Avogadro É aquele que indica quantas partículas constituem um mol de matéria. Normalmente é designado pelo símbolo NPARA ou L, e tem uma magnitude extraordinária: 6,02 · 1023, escrito em notação científica; se não for usado, deverá ser escrito por extenso: 602000000000000000000000.

Para evitar e facilitar seu uso, convém referir-se ao número de Avogadro que o chama de toupeira; este é o nome dado à unidade correspondente a tal quantidade de partículas (átomos, prótons, nêutrons, elétrons, etc.). Assim, se uma dúzia corresponde a 12 unidades, uma toupeira engloba NPARA unidades, simplificando os cálculos estequiométricos.

Matematicamente, o número de Avogadro pode não ser o maior de todos; mas fora do domínio da ciência, usá-lo para indicar a quantidade de qualquer objeto ultrapassaria os limites da imaginação humana.


Por exemplo, uma toupeira de lápis envolveria a fabricação de 6,02 · 1023 unidades, deixando a Terra sem seus pulmões vegetais na tentativa. Como este exemplo hipotético, muitos outros abundam, o que nos permite vislumbrar a magnificência e aplicabilidade deste número para quantidades astronômicas.

SemPARA e a toupeira alude a quantidades exorbitantes de qualquer coisa, para que servem na ciência? Como disse logo no início: eles permitem que você “conte” partículas muito pequenas, cujos números são incrivelmente vastos mesmo em quantidades insignificantes de matéria.

A menor gota de um líquido contém bilhões de partículas, bem como a quantidade mais ridícula de um determinado sólido que pode ser pesada em qualquer balança.

Para não recorrer a notações científicas, a toupeira vem em socorro, indicando quanto, mais ou menos, se tem de uma substância ou composto em relação ao NPARA. Por exemplo, 1 g de prata corresponde a cerca de 9,10-3 toupeira; em outras palavras, esse grama "habita" quase um centésimo de NPARA (5,6·1021 Átomos de Ag, aproximadamente).


História

Inspirações de Amedeo Avogadro

Algumas pessoas acreditam que o número de Avogadro foi uma constante determinada por Lorenzo Romano Amedeo Carlo Avogadro de Quaregna e Cerreto, mais conhecido como Amedeo Avogadro; No entanto, este cientista-advogado, dedicado ao estudo das propriedades dos gases e inspirado nas obras de Dalton e Gay-Lussac, não foi quem introduziu o NPARA.

Com Dalton, Amadeo Avogadro aprendeu que as massas de gases se combinam ou reagem em proporções constantes. Por exemplo, uma massa de hidrogênio reage completamente com uma massa oito vezes maior de oxigênio; quando essa proporção não era atendida, um dos dois gases permanecia em excesso.

Com Gay-Lussac, por outro lado, ele aprendeu que os volumes dos gases reagem em uma relação fixa. Assim, dois volumes de hidrogênio reagem com um de oxigênio para produzir dois volumes de água (na forma de vapor, dadas as altas temperaturas geradas).


Hipótese molecular

Em 1811, Avogadro condensou suas idéias para formular sua hipótese molecular, na qual explicava que a distância que separa as moléculas gasosas é constante, desde que a pressão e a temperatura não mudem. Essa distância, então, define o volume que um gás pode ocupar em um recipiente com barreiras expansíveis (um balão, por exemplo).

Assim, dada uma massa de gás A, mPARA, e uma massa de gás B, mB, mPARA e mB eles terão o mesmo volume em condições normais (T = 0ºC, e P = 1 atm) se ambos os gases ideais tiverem o mesmo número de moléculas; essa foi a hipótese, hoje lei, de Avogadro.

A partir de suas observações, ele também deduziu que a relação entre as densidades dos gases, novamente A e B, é a mesma de suas massas moleculares relativas (ρPARAB = MPARA/ MB).

Seu maior sucesso foi introduzir o termo 'molécula' como é conhecido hoje. Avogadro tratou o hidrogênio, o oxigênio e a água como moléculas e não como átomos.

Cinquenta anos depois

A ideia de suas moléculas diatômicas encontrou forte resistência entre os químicos no século XIX. Embora Amadeo Avogadro lecionasse física na Universidade de Torino, seu trabalho não foi muito bem aceito e, à sombra de experimentos e observações de químicos mais renomados, sua hipótese foi enterrada por cinquenta anos.

Mesmo a contribuição do conhecido cientista André Ampere, que apoiou a hipótese de Avogadro, não foi suficiente para que os químicos a considerassem seriamente.

Foi somente no Congresso de Karlsruhe, Alemanha, em 1860, que o jovem químico italiano Estanislau Cannizzaro resgatou o trabalho de Avogadro em resposta ao caos devido à falta de massas atômicas sólidas e confiáveis ​​e equações químicas.

O nascimento do termo

O que é conhecido como "número de Avogadro" foi introduzido pelo físico francês Jean Baptiste Perrin, quase cem anos depois. Ele determinou um valor aproximado de NPARA por métodos diferentes de seu trabalho sobre o movimento browniano.

Em que consiste e unidades

Atom-grama e molécula-grama

O número de Avogadro e a toupeira estão relacionados; no entanto, o segundo existia antes do primeiro.

Conhecendo as massas relativas dos átomos, a unidade de massa atômica (amu) foi introduzida como um duodécimo de um átomo de isótopo de carbono 12; aproximadamente a massa de um próton ou nêutron. Desta forma, o carbono era conhecido por ser doze vezes mais pesado do que o hidrogênio; o que quer dizer, 12C pesa 12u, e 1H pesa 1 u.

No entanto, quanta massa alguém realmente iguala? Além disso, como seria possível medir a massa dessas pequenas partículas? Então surgiu a idéia do átomo e da molécula de grama, que mais tarde foram substituídos pela toupeira. Essas unidades conectaram convenientemente o grama com o amu da seguinte forma:

12 g 12C = N ma

Uma série de átomos de N de 12C, multiplicado por sua massa atômica, dá um valor numericamente idêntico à massa atômica relativa (12 amu). Portanto, 12 g de 12C era igual a um átomo de grama; 16 g de 16Ou, para um átomo de grama de oxigênio; 16 g CH4, uma molécula grama para metano e assim por diante com outros elementos ou compostos.

Massas molares e toupeira

O átomo de grama e a molécula de grama, em vez de unidades, consistiam nas massas molares dos átomos e moléculas, respectivamente.

Assim, a definição de mol passa a ser: a unidade designada pelo número de átomos presentes em 12 g de carbono 12 puro (ou 0,012 kg). E, por sua vez, N foi denotado como NPARA.

Assim, o número de Avogadro consiste formalmente no número de átomos que constituem esses 12 g de carbono 12; e sua unidade é a mole e seus derivados (kmol, mmol, lb-mole, etc.).

As massas molares são massas moleculares (ou atômicas) expressas como uma função de moles.

Por exemplo, a massa molar de O2 é 32g / mol; ou seja, um mol de moléculas de oxigênio tem uma massa de 32 ge uma molécula de O2 tem uma massa molecular de 32 u. Da mesma forma, a massa molar de H é 1g / mol: um mole de átomos de H tem uma massa de 1 ge um átomo de H tem uma massa atômica de 1 u.

Como o número de Avogadro é calculado

Quanto custa uma toupeira? Qual é o valor de NPARA de modo que as massas atômica e molecular tenham o mesmo valor numérico que as massas molares? Para descobrir, a seguinte equação deve ser resolvida:

12 g 12C = NPARAMãe

Mas mamãe tem 12 anos.

12 g 12C = NPARA12uma

Se for sabido quanto vale um amu (1.667 10-24 g), podemos calcular diretamente NPARA:

NPARA = (12g / 2 10-23g)

=5,998·1023 átomos de 12C

Este número é idêntico ao apresentado no início do artigo? Não. Embora decimais joguem contra, há cálculos muito mais precisos para determinar NPARA.

Métodos de medição mais precisos

Se a definição de um mol é previamente conhecida, especialmente um mol de elétrons e a carga elétrica que eles carregam (aproximadamente 96.500 C / mol), sabendo a carga de um elétron individual (1.602 × 10−19C), você pode calcular NPARA também desta forma:

NPARA = (96500 C / 1,602 × 10−19C)

=6.0237203·1023 elétrons

Este valor parece ainda melhor.

Outra forma de cálculo consiste em técnicas cristalográficas de raios X, utilizando uma esfera de silício ultra-puro de 1 kg. Para isso, utiliza-se a fórmula:

NPARA = n(Vou/ Vm)

Onde n é o número de átomos presentes na célula unitária de um cristal de silício (n= 8), e Vou e Vm são os volumes unitários de célula e molar, respectivamente. Conhecendo as variáveis ​​do cristal de silício, o número de Avogadro pode ser calculado por este método.

Formulários

O número de Avogadro permite, em essência, expressar as quantidades abismais de partículas elementares em gramas simples, que podem ser medidas em balanços analíticos ou rudimentares. Não só isso: se uma propriedade atômica é multiplicada por NPARA, sua manifestação será obtida em escalas macroscópicas, visíveis no mundo e a olho nu.

Portanto, e com razão, esse número funciona como uma ponte entre o microscópico e o macroscópico. Muitas vezes é encontrada principalmente em físico-química, ao tentar vincular o comportamento de moléculas ou íons com o de suas fases físicas (líquida, gasosa ou sólida).

Exercícios resolvidos

Na seção de cálculos, dois exemplos de exercícios foram abordados usando NPARA. Em seguida, prosseguiremos para resolver outros dois.

Exercício 1

Qual é a massa de uma molécula de H2OU?

Se sua massa molar é conhecida como 18 g / mol, então um mol de moléculas H2Ou tem massa de 18 gramas; mas a pergunta se refere a uma molécula individual, sozinha. Para então calcular sua massa, os fatores de conversão são usados:

(18g / mol H2O) · (mol H2O / 6.02 1023 Moléculas H2O) = 2,99 · 10-23 g / molécula H2OU

Ou seja, uma molécula de H2Ou tem uma massa de 2,99 10-23 g.

Exercício 2

Quantos átomos de disprósio metálico (Dy) conterão um pedaço de massa de 26 g?

A massa atômica do disprósio é 162,5 u, igual a 162,5 g / mol usando o número de Avogadro. Novamente, procedemos com os fatores de conversão:

(26 g) · (mol Dy / 162,5g) · (6,02 · 1023 átomos Dy / mol Dy) = 9,63 · 1022 Átomos Dy

Este valor é 0,16 vezes menor que NPARA (9,63·1022/6,02·1023) e, portanto, a referida peça tem 0,16 moles de disprósio (também podendo calcular com 26 / 162,5).

Referências

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