Con số AvogadroNguồn gốc con số Avogadro Có thể bạn sẽ không thể tìm thấy con số này chung quanh bạn, nhưng hãy giở quyển sách hóa học phổ thông ra, bạn sẽ tìm thấy nó. 6.0221415 × 10^23 chính là số Avogadro, nếu viết ra nó sẽ là 602,214,150,000,000,000,000,000 !!! hay đơn giản hơn, hãy gọi nó là 1 Mol.
Về mặt lý thuyết, Số Avogadro cho biết số nguyên tử hay phân tử có trong 1 mol chất. Nói một cách nôm na, thật ra nó chính là một hằng số, giống như ta vẫn biết 1 tá trứng là 12 quả trứng vậy! Trong Hóa học, những quả trứng đó chính là những nguyên tử hay phân tử.
Dù có thể bạn không có cơ hội nhìn thấy tận mắt các nguyên tử, nhưng hãy giữ vững niềm tin về sự tồn tại của các hạt đó. Thí dụ đơn giản, bạn hãy mở chai nước hoa, bạn và vài người xung quanh sẽ ngửi được hương thơm dễ chịu đó dù bạn chưa xịt, chính các phân tử nước hoa đã lan tỏa đến mũi của bạn đấy!
Người đầu tiên ước tính số lượng thực tế của các hạt trong một lượng chất nhất định là Josef Loschmidt, một giáo viên trung học người Áo sau này trở thành một giáo sư tại Đại học Vienna. Năm 1865 Loschmidt sử dụng lý thuyết động học phân tử để ước tính số lượng của các hạt trong một centimet khối khí ở điều kiện tiêu chuẩn. Số lượng này thời bấy giờ được gọi là hằng số Loschmidt, và các giá trị được chấp nhận của hằng số này là 2.6867773x1025 m-3.
Quảng cáo
Đến đây có lẽ bạn sẽ thắc mắc tại sao bây giờ nó lại mang tên là số Avogadro và là con số quan trọng và phổ biến trong Hóa học? Vậy Amedeo Avogadro (tên đầy đủ là: Lorenzo Romano Amedeo Carlo Avogadro) có liên quan như thế nào đến Hóa học và con số kỳ diệu này?
Amedeo Avogadro Avogadro sinh năm 1776 tại Ý, ông là con của một quan tòa, sau khi tốt nghiệp cử nhân luật, ông làm thư ký cho tòa án tỉnh. Thật may măn, Avogadro được sinh ra và lớn lên trong một giai đoạn quan trọng trong sự phát triển của Hóa học. Với các tên tuổi như John Dalton hay Joseph Louis Gay-Lussac, họ đã bắt đầu hiểu được những đặc tính cơ bản của nguyên tử và phân tử, và có rất nhiều tranh cãi về sự vận động của các hạt nhỏ ấy.
Định luật về sự hóa hợp của hai thể tích khí của Gay-Lussac đã làm say mê chàng luật sư trẻ Avogadro vốn có niềm đam mê vật lý và toán học. Định luật ấy cho biết khi hai lượng khí phản ứng hóa học với nhau sẽ tạo ra sản phẩm là một khí khác, khi đó tỷ lệ về thể tích giữa chất phản ứng và sản phẩm sẽ luôn là những số tự nhiên. Thí dụ như 2 đơn vị khí Hidro kết hợp với 1 đơn vị khí Oxy sẽ tạo thành 2 đơn vị nước (trong điều kiện nhiệt độ, áp suất phù hợp và hay chất phản ứng hoàn toàn).
Joseph Louis Gay-Lussac (1778-1850) Tìm hiểu các hệ quả của định luật này, Avogadro suy ra rằng, Ở cùng nhiệt độ và áp suất, những thể tích bằng nhau của mọi chất khí cùng chứa một số phân tử như nhau, đây chính là nội dung của định luật Avogadro.Trên cơ sở đó, ông đã xác định thành phần định tính và định lượng của các hợp chất từ tỷ lệ thể tích của các chất khí tạo thành các hợp chất đó. Nhờ vậy, ông đã tìm ra được công thức của hàng loạt các hợp chất và đính chính nhiều công thức hóa học mà trước đây các nhà hóa học khác đã ngộ nhận.
Định luật Avogadro Tuy nhiên, vào thời bấy giờ, trong học thuyết của mình, ông chưa biết dùng từ phân tử để mô tả dạng tồn tại của các hạt trong các nguyên tố khí, vì thế, ý tưởng của ông đã gặp phải sự phản đối quyết liệt của John Dalton và những nhà bác học khác thời bấy giờ. Mãi đến thời gian sau, một nhà bác học người Ý có tên là Stanislao Cannizzaro mới quan tâm đến ý tưởng của Avogadro một cách xứng đáng, nhưng điều đáng buồn là lúc ấy, Avogadro đã qua đời.
Định luật Avogadro đã đóng góp một lý thuyết quan trọng trong sự tiến bộ của Hóa học hiện đại, sự phát triển tiếp theo của thuyết phân tử Avogadro đã dẫn đến sự phát biểu rõ ràng về các khái niệm quan trọng bậc nhất của Hóa học hiện đại: nguyên tử, phân tử, khối lượng mol.
Jean Baptiste Perrin (1870-1942) - Người đầu tiên ước lượng một cách gần đúng số Avogadro Năm 1909, nhà hóa học người Pháp Jean Baptiste Perrin công bố con số Avogadro và ước lượng nó dựa vào nghiên cứu của mình về chuyển động Brown - mô phỏng chuyển động của các hạt trong môi trường lỏng hoặc khí. Jean Baptiste Perrin đã đặt tên con số 6.0221415 × 10^23 là số Avogadro để vinh danh ông vì những đóng góp to lớn cho sự phát triển của Hóa học mặc dù chính Avogadro cũng không biết đến con số ấy. Sau này, các nhà bác học đã dùng một loạt các kỹ thuật đã được sử dụng để ước tính độ lớn của hằng số cơ bản này.
Quảng cáo Bản chất con số Avogadro Có bao giờ bạn thắc mắc rằng làm thế nào các nhà Hóa học có thể xác định được con số Avogadro, con số dường như là ngẫu nhiên không? Để biết được làm sao để tính toán con số này, trước tiên bạn phải tiếp cận khái niệm đơn vị khối lượng nguyên tử (amu) thường gọi là nguyên tử khối. Đơn vị khối lượng nguyên tử được định nghĩa là là một đơn vị đo khối lượng cho khối lượng của các nguyên tử và phân tử.
Nó có giá trị chính xác bằng một phần mười hai khối lượng của nguyên tử Cacbon 12 (đồng vị phổ biến nhất của Cacbon). Do đó, đơn vị khối lượng nguyên tử còn được gọi là đơn vị Cacbon. Lý do đơn giản là: Carbon-12 có sáu proton, sáu electron và sáu neutron, và bởi vì các electron có khối lượng rất nhỏ, 1/12 khối lượng của một nguyên tử Carbon-12 gần bằng với khối lượng của một proton hoặc một neutron. Khối lượng nguyên tử của các nguyên tố là con số bạn thấy bên dưới tên các nguyên tố trong bảng tuần hoàn các nguyên tố Hóa học. Thí dụ, nguyên tố Hydro, trung bình khối lượng 1 nguyên tử Hydro của 1,00794 amu.
Thật không may, các nhà hóa học không có một hệ thống có thể đo đơn vị khối lượng nguyên tử, và chắc chắn rằng họ cũng không có khả năng để đo lường chính xác một nguyên tử hay phân tử trong thời gian diễn ra phản ứng hóa học. Nguyên tử các nguyên tố khác có khối lượng khác nhau, các nhà hóa học đã phải tìm cách để thu hẹp khoảng cách giữa thế giới vô hình của các nguyên tử, phân tử và thế giới thực tế trong các phòng thí nghiệm hóa học đầy quy mô của họ, họ phải giải quyết vấn đề là tính toán xem một đơn vị khối lượng nguyên tử (1 emu) tương đương với bao nhiêu gam?
Để làm được điều đó, họ đã tính toán được mối quan hệ giữa các đơn vị khối lượng nguyên tử và gam, và mối quan hệ đó chính là đẳng thức: 1 amu = 1/6.0221415 x 1023 gam. Mối quan hệ này có nghĩa là nếu chúng ta có 6.0221415 × 10^23 nguyên tử Cacbon hoặc một mol Cacbon-12 (có một đơn vị khối lượng nguyên tử là 12 amu), suy ra nó sẽ nặng đúng bằng 12. Các nhà hóa học sử dụng mối quan hệ này để dễ dàng tính toán được 1 mol chất, 1 nguyên tử hay phân tử của một chất có khối lượng bao nhiêu gam.
Quảng cáo
Thí nghiệm đo hằng số Avogadro Chúng ta đã thấy được công dụng của con số Avogadro, nhưng vẫn còn tồn tại câu hỏi là: ban đầu, các nhà bác học đã làm thế nào để biết được có bao nhiêu phân tử trong 1mol chất? Ước tính thô ban đầu được phát hiện một cách tình cờ bởi nhà vật lý Robert Millikan khi ông đang đo điện tích của một electron. Điện tích của một mol electron, gọi là Faraday, một phát minh của Millikan. Thực hiên phép chia 1 Faraday cho điện tích của một electron, kết quả thu được chính là con số Avogadro.
Thí nghiệm xác định hằng số Avogadro bằng tia X Sau này, các nhà khoa học đã tìm thấy những cách mới và chính xác hơn để ước tính số Avogadro, gần đây nhất là kỹ thuật dùng tia X để khảo sát cấu trúc hình học của 1 khối cầu silic và ngoại suy số lượng nguyên tử bên trong dựa vào những dữ liệu về cấu trúc không gian của các nguyên tử silic. Và trong khi kilogram là được sử dụng như là một loại đơn vị phổ biến nhất, một số nhà khoa học lại muốn bắt đầu sử dụng số Avogadro thay cho đơn vị là kilogam, cũng giống như hiện nay người ta cũng xác định độ dài của một quãng đường dựa trên tốc độ của ánh sáng thay vì các đơn vị đo lường thông thường mà ta đã biết.
Ngày sinh nhật của mol: ngày lễ tình nhân của các nhà Hóa học
Ngày sinh nhật của hằng só Avogadro Có thể ngày lễ này bạn vẫn đi làm, sẽ không có ngày nghỉ, không có những chuyến đi chơi, nhưng ngày sinh nhật của mol vẫn được các nhà Hóa học trên toàn thế giới hàng năm. Dựa vào số Avogadro 6.022 × 10^23, các nhà Hóa học nói rằng ngày kỉ niệm này sẽ bắt đầu vào lúc 6h02 ngày 23 tháng 10 hàng năm. Lúc ấy, các nhà Hóa học sẽ cùng ngồi với nhau, kể chuyện vui Hóa học, thổi bong bóng bằng khí tự nhiên, cùng ăn bánh mì nướng, uống các loại đồ uống được ướp lạnh bằng nước đá khô thậm chí còn đọc lời tuyên thệ, thề sẽ trung thành với Hóa học đến suốt đời.
Thế mới biết cuộc sống và công việc của các nhà Hóa học cũng không kém phần thi vị chứ đâu hẳn cứ suốt cuộc đời chỉ làm việc cô độc trong phòng thí nghiệm với ống nghiệm hay kính hiển vi.
