Hằng số Avogadro

Nguồn gốc

Hằng số Avogadro được đặt tên theo nhà khoa học người Ý Amedeo Avogadro (1776−1856). Năm 1811, ông lần đầu tiên cho rằng thể tích của chất khí (tại áp suất và nhiệt độ xác định) tỉ lệ thuận với số nguyên tử hoặc phân tử bất kể tính chất của chất khí đó.^[14]

Nhà vật lý Jean Perrin đặt ra thuật ngữ số Avogadro vào năm 1909. Ông định nghĩa nó là số phân tử trong đúng 32 gam oxy.^[7] Mục đích của định nghĩa này là để khối lượng một mol chất (đơn vị gam) bằng (về mặt số học) với khối lượng của một phân tử so với khối lượng của nguyên tử hydro. Vì theo định luật thành phần không đổi, khối lượng của nguyên tử hydro là đơn vị tự nhiên của nguyên tử khối và bằng 1/16 nguyên tử khối của oxy.

Những phép đo đầu tiên

Josef Loschmidt (1821−1895) tìm ra giá trị của số Avogadro một cách gián tiếp vào năm 1865 bằng cách xác định số hạt trong một lượng khí lý tưởng nhất định.^[12] Giá trị này về sau mang tên hằng số Loschmidt (n₀) và có liên hệ với hằng số Avogadro, N_A, theo công thứcː

${\displaystyle n_{0}={\frac {p_{0}N_{\rm {A}}}{R\,T_{0}}}}$

trong đó p₀ là áp suất, R là hằng số khí và T₀ là nhiệt độ tuyệt đối. Vì vậy, ký hiệu L thỉnh thoảng được dùng cho hằng số Avogadro.^[15] Tại Đức, tên gọi này có thể dùng chung cho cả hai hằng số, chỉ có thể phân biệt qua đơn vị đo.^[16]

Perrin cũng xác định số Avogadro qua các phương pháp thí nghiệm. Nhờ vào đóng góp này mà ông được trao Giải Nobel Vật lý năm 1926.^[17]

Điện tích trên một mol electron là một hằng số được gọi là hằng số Faraday và được biết đến từ năm 1834 khi Michael Faraday công bố định luật về điện phân của ông. Năm 1910, Robert Millikan lần đầu tiên đo được điện tích của một electron. Nếu lấy điện tích của một mol electron chia cho điện tích của một electron thì được kết quả là giá trị ước tính chính xác hơn của số Avogadro.^[18]

Định nghĩa trong hệ SI năm 1971

Năm 1971, Văn phòng Cân đo Quốc tế (BIPM) quyết định rằng: lượng chất là một đại lượng đo độc lập và mol là đơn vị cơ bản trong hệ đo lường quốc tế (SI).^[15] Cụ thể, mol được định nghĩa là lượng chất chứa số hạt đơn vị bằng với số nguyên tử trong 0,012 kilôgam cacbon-12.

Với định nghĩa trên, phát biểu "một gam vật chất chứa N₀ nucleon" là đúng với cacbon-12 và gần đúng với các nguyên tử và đồng vị khác. Mặt khác, một mol chất bất kỳ chứa số phân tử bằng với số phân tử trong một mol chất bất kỳ khác.

Từ định nghĩa trên ta nhận được một hệ quả, trong hệ SI, hằng số Avogadro N_A có tính thứ nguyên với nghịch đảo của lượng chất và có giá trị xấp xỉ bằng 6,02×10²³ (đơn vị mol⁻¹).^[15] Với định nghĩa này, giá trị của N_A do đó phải được xác định bằng thực nghiệm.

BIPM cũng đặt tên cho N_A là "hằng số Avogadro", nhưng một số tài liệu vẫn tiếp tục sử dụng thuật ngữ "số Avogadro".^[19]

Định nghĩa lại trong hệ SI năm 2019

Năm 2017, BIPM quyết định thay đổi khái niệm về mol và lượng chất. Theo định nghĩa mới, mol là lượng chất chứa đúng 6,022 140 76 × 10²³ hạt đơn vị.^[4][20] Hệ quả của thay đổi trên là khối lượng của một mol ¹²C không còn bằng đúng 0,012 kg. Mặt khác, dalton (đơn vị khối lượng nguyên tử) vẫn được giữ nguyên khái niệm, tức bằng 1/12 khối lượng ¹²C.^[21][22] Do đó, hằng số khối lượng mol không còn bằng đúng 1 g/mol, tuy nhiên người ta thường bỏ qua sai số 3,5 × 10⁻¹⁰ trong tính toán thông thường.^[4]

Hằng số Avogadro, N_A có mối liên hệ với các tính chất và hằng số vật lý với nhau.

• Hằng số khí R và hằng số Boltzmann k_B, trong đó k_B bằng 1,380 649 × 10⁻²³ J/K:^[4]

${\displaystyle R=k_{\text{B}}N_{\text{A}}}$ = 8,314 462 618... J⋅K⁻¹⋅mol⁻¹

• Hằng số Faraday F và điện tích nguyên tử e, trong đó e bằng 1,602 176 634 × 10⁻¹⁹ coulomb:^[4]

${\displaystyle F=eN_{\text{A}}}$ = 9,648 533 212... × 10⁴ C⋅mol⁻¹

• Hằng số khối lượng mol M_u và đơn vị khối lượng nguyên tử m_u, trong đó m_u bằng 1,660 539 066 60(50) × 10⁻²⁷ kgː^[23]

${\displaystyle M_{\text{u}}=m_{\text{u}}N_{\text{A}}}$ = 0,999 999 999 65(30)× 10⁻³ kg⋅mol⁻¹.^[24]

• Avogadro's number (chemistry) tại Encyclopædia Britannica (tiếng Anh)
• Định nghĩa về hằng số Avogadro năm 1996 trong cuốn Giản Lược Thuật Ngữ Hóa Học của IUPAC
• Some Notes on Avogadro's Number, 6022×10²³ [Đôi nét về số Avogadro, 6,022 × 10²³]
• An Exact Value for Avogadro's Number [Giá trị chính xác của số Avogadro] – American Scientist
• Murrell, John N. (2001). “Avogadro and His Constant”. Helvetica Chimica Acta. 84 (6): 1314–1327. doi:10.1002/1522-2675(20010613)84:6<1314::AID-HLCA1314>3.0.CO;2-Q.
• Bản scan bài viết của Avogadro năm 1811, "Two hypothesis of Avogadro" [Hai giả thuyết của Avogadro] trên BibNum

“Hằng số Avogadro” là một bài viết tốt của Wikipedia tiếng Việt. Mời bạn xem phiên bản đã được bình chọn vào ngày 10 tháng 6 năm 2020 và so sánh sự khác biệt với phiên bản hiện tại.