阿伏伽德罗常数

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在物理学和化学中,阿伏伽德罗常数(符号: NA)的定义是一摩尔物质中所含的组成粒子数(一般为原子或分子),记做NA。因此,它是联系粒子摩尔质量(即一摩尔时的质量),及其质量间的比例系数。其数值为:

国际单位制数值(2019年,人为定义):6.02214076×1023mol-1
CODATA建议数值(2006年,基于实际测量所得):6.02214857(74)×1023 mol-1

较早的针对化学数量的定义中牵涉到另一个数,阿伏伽德罗数,历史上这个词与阿伏伽德罗常量有着密切的关系。一开始阿伏伽德罗数由让·佩兰定义为一克原子氢所含的分子数;后来则重新定义为12克碳-12所含的原子数量。因此,阿伏伽德罗数是一个无量纲的数量,与用基本单位表示的阿伏伽德罗常量数值一致。在国际单位制(SI)将摩尔加入基本单位后,所有化学数量的概念都必需被重定义。阿伏伽德罗数及其定义已被阿伏伽德罗常量取代。

历史

阿莫迪欧·阿伏伽德罗

阿伏伽德罗常数以19世纪初期的意大利化学家阿莫迪欧·阿伏伽德罗命名,在1811年他率先提出,气体的体积(在某温度与压力下)与所含的分子或原子数量成正比,与该气体的性质无关。法国物理学家让·佩兰于1909年提出,把常数命名为阿伏伽德罗常量来纪念他。佩兰于1926年获颁诺贝尔物理学奖,他研究一大课题就是各种量度阿伏伽德罗常量的方法。

阿伏伽德罗常量的值,最早由奥地利化学及物理学家约翰·约瑟夫·洛施米特于1865年所得,他透过计算某固定体积气体内所含的分子数,成功估计出空气中分子的平均直径。前者的数值,即理想气体的数量密度,叫“洛施米特常数”,就是以他命名的,这个常数大约与阿伏伽德罗常量成正比。由于阿伏伽德罗常量有时会用L表示,所以不要与洛施米特(Loschmidt)的L混淆,而在德语文献中可能时会把它们都叫作“洛施米特常数”,只能用计量单位来分辨提及的到底是哪一个。

要准确地量度出阿伏伽德罗常量的值,需要在宏观和微观尺度下,用同一个单位,去量度同一个物理量。这样做在早年并不可行,直到1910年,罗伯特·密立根成功量度到一个电子的电荷,才能够借助单个电子的电荷来做到微观量度。一摩尔电子的电荷是一个常数,叫法拉第常数,在麦可·法拉第于1834年发表的电解研究中有提及过。把一摩尔电子的电荷,除以单个电子的电荷,可得阿伏伽德罗常量 。自1910年以来,新的计算能更准确地确定,法拉第常数及基本电荷的值。

让·佩兰最早提出阿伏伽德罗数( }N)这样一个名字,来代表一克分子的氧(根据当时的定义,即32克整的氧),而这个词至今仍被广泛使用,尤其是入门课本改用阿伏伽德罗常量( NA)这个名字,是1971年摩尔成为国际单位制基本单位后的事,因为自此物质的量就被认定是一个独立的量纲。于是,阿伏伽德罗数再也不是纯数,因为带一个计量单位:摩尔的倒数(mol−1)。

尽管不用摩尔来量度物质的量是挺罕见的,但是阿伏伽德罗常量可用其他单位表示,如磅摩尔(lb-mol)或盎司摩尔(oz-mol)。

高中物理知识点总结

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