Avogadro skaičiaus skaičiuoklė

Įvadas

Avogadro skaičius, dar žinomas kaip Avogadro konstantas, yra pagrindinė chemijos sąvoka. Jis žymi dalelių (dažniausiai atomų ar molekulių) skaičių viename molyje medžiagos. Ši skaičiuoklė padeda jums rasti molekulių skaičių molyje naudojant Avogadro skaičių.

Kaip naudotis šia skaičiuokle

1. Įveskite medžiagos molių skaičių.
2. Skaičiuoklė apskaičiuos molekulių skaičių.
3. Pasirinktinai galite įvesti medžiagos pavadinimą nuorodai.
4. Rezultatas bus rodomas iš karto.

Formulė

Ryšys tarp molių ir molekulių yra pateiktas taip:

$N = n \times N_A$

Kur:

• $N$ yra molekulių skaičius
• $n$ yra molių skaičius
• $N_A$ yra Avogadro skaičius (tiksliai 6.02214076 × 10²³ mol⁻¹)

Apskaičiavimas

Skaičiuoklė atlieka šį skaičiavimą:

$N = n \times 6.02214076 \times 10^{23}$

Šis skaičiavimas atliekamas naudojant didelio tikslumo plaukiojančią kablelinę aritmetiką, kad būtų užtikrintas tikslumas plačiame įvesties verčių diapazone.

Pavyzdžio skaičiavimas

1 molio medžiagos atveju:

$N = 1 \times 6.02214076 \times 10^{23} = 6.02214076 \times 10^{23}$ molekulių

Kraštutiniai atvejai

• Labai mažiems molių skaičiams (pvz., 1e-23 mol) rezultatas bus dalinis molekulių skaičius.
• Labai dideliems molių skaičiams (pvz., 1e23 mol) rezultatas bus nepaprastai didelis molekulių skaičius.
• Skaičiuoklė tvarko šiuos kraštutinius atvejus naudodama tinkamas skaitmenines reprezentacijas ir apvalinimo metodus.

Vienetai ir tikslumas

• Molių skaičius paprastai išreiškiamas kaip dešimtainis skaičius.
• Molekulių skaičius dažniausiai išreiškiamas mokslinėje notacijoje dėl didelių skaičių.
• Apskaičiavimai atliekami dideliu tikslumu, tačiau rezultatai yra apvalinami rodymui.

Naudojimo atvejai

Avogadro skaičiaus skaičiuoklė turi įvairių taikymo sričių chemijoje ir susijusiose srityse:

1. Cheminės reakcijos: padeda nustatyti molekulių skaičių, dalyvaujančių reakcijoje, kai žinomas molių skaičius.

2. Stichiometrija: padeda apskaičiuoti reagentų ar produktų molekulių skaičių cheminėse lygtis.

3. Dujų dėsniai: naudinga nustatant dujų molekulių skaičių duotame molių skaičiuje tam tikromis sąlygomis.

4. Tirpalų chemija: padeda apskaičiuoti tirpalo molekulių skaičių, kai žinoma moliara.

5. Biochemija: naudinga nustatant molekulių skaičių biologiniuose mėginiuose, tokiuose kaip baltymai ar DNR.

Alternatyvos

Nors ši skaičiuoklė orientuota į molių konvertavimą į molekules naudojant Avogadro skaičių, yra susijusių sąvokų ir skaičiavimų:

1. Moliara: naudojama konvertuoti tarp masės ir molių skaičiaus, kuris vėliau gali būti konvertuotas į molekules.

2. Moliarinė dalis: žymi komponento molių santykį su bendru molių skaičiumi mišinyje, kuris gali būti naudojamas kiekvieno komponento molekulių skaičiui rasti.

3. Moliarinė koncentracija: žymi tirpalo koncentraciją molių litre, kuri gali būti naudojama molekulių skaičiui nustatyti tam tikrame tirpalo tūryje.

Istorija

Avogadro skaičius pavadintas Italijos mokslininko Amedeo Avogadro (1776-1856) vardu, nors jis iš tikrųjų nenustatė šios konstantos vertės. Avogadro 1811 m. pasiūlė, kad vienodų tūrių dujos, esant toms pačioms temperatūroms ir slėgiams, turi tą patį molekulių skaičių, nepriklausomai nuo jų cheminės prigimties ir fizinių savybių. Tai tapo žinoma kaip Avogadro dėsnis.

Avogadro skaičiaus sąvoka atsirado iš Johann Josef Loschmidt darbo, kuris 1865 m. pirmą kartą įvertino molekulių skaičių tam tikrame dujų tūryje. Tačiau terminas "Avogadro skaičius" pirmą kartą buvo naudojamas Jean Perrin 1909 m. jo darbo apie Brownian judėjimą metu.

Perrin eksperimentinis darbas suteikė pirmą patikimą Avogadro skaičiaus matavimą. Jis naudojo kelis nepriklausomus metodus, kad nustatytų vertę, dėl kurios gavo Nobelio fizikos premiją 1926 m. "už darbą apie diskretišką medžiagos struktūrą."

Per metus Avogadro skaičiaus matavimas tapo vis tikslesnis. 2019 m., kaip dalis SI pagrindinių vienetų perdefinition, Avogadro konstantą buvo apibrėžta kaip tiksliai 6.02214076 × 10²³ mol⁻¹, efektyviai fiksuojant jos vertę visiems būsimams skaičiavimams.

Pavyzdžiai

Štai kodų pavyzdžiai, kaip apskaičiuoti molekulių skaičių iš molių naudojant Avogadro skaičių:

' Excel VBA funkcija moliams į molekules
Function MolesToMolecules(moles As Double) As Double
    MolesToMolecules = moles * 6.02214076E+23
End Function

' Naudojimas:
' =MolesToMolecules(1)

import decimal

## Nustatyti tikslumą decimal skaičiavimams
decimal.getcontext().prec = 15

AVOGADRO = decimal.Decimal('6.02214076e23')

def moles_to_molecules(moles):
    return moles * AVOGADRO

## Pavyzdžio naudojimas:
print(f"1 molis = {moles_to_molecules(1):.6e} molekulių")

const AVOGADRO = 6.02214076e23;

function molesToMolecules(moles) {
    return moles * AVOGADRO;
}

// Pavyzdžio naudojimas:
console.log(`1 molis = ${molesToMolecules(1).toExponential(6)} molekulių`);

public class AvogadroCalculator {
    private static final double AVOGADRO = 6.02214076e23;

    public static double molesToMolecules(double moles) {
        return moles * AVOGADRO;
    }

    public static void main(String[] args) {
        System.out.printf("1 molis = %.6e molekulių%n", molesToMolecules(1));
    }
}

Vizualizacija

Štai paprasta vizualizacija, padedanti suprasti Avogadro skaičiaus sąvoką:

Ši diagrama vaizduoja molį medžiagos, turinčią Avogadro skaičių molekulių. Kiekvienas mėlynas apskritimas atspindi didelį molekulių skaičių, nes neįmanoma parodyti 6.02214076 × 10²³ atskirų dalelių viename paveikslėlyje.

Nuorodos

1. IUPAC. Cheminės terminologijos kompendijonas, 2-asis leidimas (dar "Auksinė knyga"). Sudarė A. D. McNaught ir A. Wilkinson. Blackwell Scientific Publications, Oksfordas (1997).
2. Mohr, P.J.; Newell, D.B.; Taylor, B.N. (2016). "CODATA rekomenduojamos fundamentalios fizikinės konstantos: 2014". Rev. Mod. Phys. 88 (3): 035009.
3. Avogadro skaičius ir molis. Chemijos LibreTexts.
4. Naujas SI: 26-oji bendroji svorių ir matavimo konferencija (CGPM). Tarptautinė svorių ir matavimo biuras (BIPM).
5. Perrin, J. (1909). "Brownian judėjimas ir molekulinė realybė". Chemijos ir fizikos metraštis. 8-oji serija. 18: 1–114.