Constante van Avogadro

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie
Ga naar: navigatie, zoeken
Amedeo Avogadro

De constante van Avogadro, NA, ook getal van Avogadro genoemd, is een fysische constante die de verhouding tussen aantal deeltjes en hoeveelheid stof aangeeft. De constante is gedefinieerd als het aantal deeltjes per mol, met als eenheid mol-1.

Volgens de laatste definitie 2006 is de constante van Avogadro gelijk aan het aantal atomen in 12 gram van de koolstofisotoop 12C met als getalwaarde:

NA = (6,022 141 29 ± 0,000 000 27) × 1023 mol-1  [1][2]

Geschiedenis[bewerken]

De oorspronkelijke definitie was het aantal atomen in 1 gram waterstof, vandaar de oude naam gramatoom.

De constante van Avogadro werd vroeger opgevat als een aantal (getal).

Naam[bewerken]

De constante is vernoemd naar Amedeo Avogadro, een Italiaans natuur- en scheikundige en de grondlegger van de wet van Avogadro. Avogadro was de eerste die - in 1811 - zich realiseerde dat het volume van een ideaal gas bij gelijke druk en temperatuur evenredig is met het aantal deeltjes (atomen of moleculen). De Franse chemicus Jean Baptiste Perrin stelde in 1909 voor Avogadro te eren met de naam van de constante.

Verband met mol en andere constantes[bewerken]

  • De mol is sinds 1971 gedefinieerd als de hoeveelheid stof die evenveel deeltjes bevat als er atomen zijn in 12 gram koolstof-12. Het aantal deeltjes A per mol stof is gelijk aan de constante van Avogadro.
A = NA
Dit is geen cirkelredenering, daar NA gemeten kan worden en de mol een afspraak is.
R = kB NA in J mol−1 K−1
F = e NA in C mol−1
1 u = (1 / NA) g = (1,660 538 86 ± 0,000 000 28) × 10−27 kg.

Toepassing[bewerken]

De constante van Avogadro kan bij elke zuivere stof worden toegepast en is het aantal atomen of moleculen dat samen een massa heeft gelijk aan de atoommassa of molecuulmassa in gram van de stof. Bijvoorbeeld de atoommassa van ijzer is 55,847 g/mol, dus NA ijzer atomen (een mol ijzer) hebben een massa van 55,847 g. Omgekeerd bevat 55,847 g ijzer NA ijzer atomen.

Meting van de constante van Avogadro[bewerken]

Model van de eenheidscel van kristallijn silicium met 18 siliciumatomen. Met röntgendiffractieproeven kan de lengte a van de cel gevonden worden ter bepaling van de constante van Avogadro.

De constante kan op meer manieren gemeten worden, bijvoorbeeld uit de dichtheid (ρ) van een kristal, de relatieve atoommassa (M) en de lengte van de eenheidscel (a) die bepaald kan worden met röntgendiffractie.[3] Nauwkeurige waarden voor silicium zijn gemeten door National Institute of Standards and Technology (NIST) waarmee de constante van Avogadro gevonden wordt als de verhouding van het molaire volume, Vm, en het volume van een atoom Vatoom:

N_{\rm A} = \frac{V_{\rm m}}{V_{\rm atoom}},

met

V_{\rm m} = \frac {M}{\rho},
V_{\rm atom} = \frac{V_{\rm eenheidscel kristal}}{n} = \frac{a^3}{n} en
\!n het aantal atomen per eenheidscel van het volume \!V_{\rm eenheidscel kristal}.

Bij silicium zitten er 8 atomen (\!n = 8) in een eenheidscel zodat

 N_A = \frac{8M}{a^3\rho} \,.

waarin ρ de dichtheid is van de eenheidscel van silicium. Voor andere typen kubische roosters gelden andere getallen.[4]

Nauwkeurigheid[bewerken]

De constante van Avogadro is tot op ongeveer 8 cijfers nauwkeurig bekend. Dit hangt samen met de maximale nauwkeurigheid die haalbaar is met weegapparatuur. De beste gemeten waarde is 6,02214179(30) 1023 mol-1. De (30) geeft de standaarddeviatie aan in de laatste twee decimalen.

Aangezien een atoom 12C uit 6 protonen, 6 neutronen en 6 elektronen bestaat, de elektronen weinig massa hebben en de massa van een proton ongeveer gelijk is aan die van een neutron, is de constante van Avogadro ruwweg het aantal protonen + het aantal neutronen dat er in 1 gram koolstof gaat.

Als de massa's van 6 mol 'losse' protonen, 6 mol neutronen en 6 mol elektronen bij elkaar opgeteld worden krijgen we ongeveer 12,0001 in plaats van 12 gram. Dit komt doordat een atoom minder massa heeft dan de samenstellende delen bij elkaar vanwege de bindingsenergie. Het kost namelijk energie om, tegen de bindingskrachten in, het atoom, met name de atoomkern, te splitsen (de protonen en neutronen 'uit elkaar te trekken'). Volgens de bekende formule uit de relativiteitstheorie, E = mc², zijn massa en energie equivalent. Het verschil tussen deze beide massa's is de energie van de elektromagnetische straling en neutrino's die bij de vorming van het element zijn geproduceerd.

Toekomst[bewerken]

Volgens de voorgestelde herdefinitie van de basiseenheden, waaronder ook een herdefinitie van de mol, zal de constante van Avogadro een bepaald exact aantal mol-1 worden. Een gelijk aantal 12C-atomen heeft dan weliswaar nog steeds met grote nauwkeurigheid maar niet meer exact een massa van 12 gram.

Zie ook[bewerken]

Bronnen, noten en/of referenties
  1. National Institute of Standards, 2006
  2. Oudere waarde van het getal van Avogadro door de IUPAC, 1997
  3. Mineralogy Database. Unit Cell Formula (2000-2005) Geraadpleegd op 2007-12-09
  4. Mineralogy Database. Unit Cell Dimensions for Silicon (2000-2005) Geraadpleegd op 2007-12-09
Zoek dit woord op in WikiWoordenboek