Número de Avogadro:pelo menos não é tão difícil de lembrar quanto pi. Foto cedida por A. Loudermilk Daremos uma dica:não é 867-5309. Esse é o número da Jenny, não de Avogadro. Você também não vai encontrar esses dígitos rabiscados em marcador na parede do banheiro público. Você irá, Contudo, descobri-lo nas páginas de um livro de química padrão:é 6.0221415 × 10 23 . Escrito, isso é 602, 214, 150, 000, 000, 000, 000, 000 [fonte:Fox]. Com pouco tempo? Basta chamá-lo de toupeira.
Assim como uma dúzia é 12 coisas, uma toupeira é simplesmente o número de coisas de Avogadro. Na quimica, essas "coisas" são átomos ou moléculas. Em teoria, você poderia ter uma toupeira de beisebol ou qualquer outra coisa, mas dado que uma toupeira de bolas de beisebol cobriria a Terra a uma altura de várias centenas de milhas, seria difícil encontrar um bom uso prático para uma toupeira de qualquer coisa maior do que uma molécula [fonte:Hill e Kolb]. Então, se a toupeira é usada apenas para química, como Amedeo Avogadro (nome completo:Lorenzo Romano Amedeo Carlo Avogadro) e a química se cruzaram?
Nasceu na Itália em 1776, Avogadro cresceu durante um período importante no desenvolvimento da química. Químicos como John Dalton e Joseph Louis Gay-Lussac estavam começando a entender as propriedades básicas dos átomos e moléculas, e eles debateram acaloradamente como essas partículas infinitesimalmente pequenas se comportavam. Gay-Lussac's lei de combinar volumes Avogadro particularmente interessado. A lei estabelecia que quando dois volumes de gases reagem um com o outro para criar um terceiro gás, a relação entre o volume dos reagentes e o volume do produto é sempre composta por números inteiros simples. Aqui está um exemplo:dois volumes de gás hidrogênio se combinam com um volume de gás oxigênio para formar dois volumes de vapor de água (pelo menos quando as temperaturas são altas o suficiente) sem sobrar nada, ou:
2h 2 + O 2 -> 2H 2 O
Mexendo nas implicações desta lei, Avogadro deduziu que, para que isso seja verdade, volumes iguais de quaisquer dois gases na mesma temperatura e pressão devem conter um número igual de partículas ( Lei de avogadro ) E a única maneira de explicar que esta lei pode ser verdadeira para qualquer exemplo, incluindo aquele que acabamos de mencionar, é se houvesse uma diferença entre átomos e moléculas e que alguns elementos, como oxigênio, realmente existem como moléculas (no caso do oxigênio, O 2 em vez de simplesmente O) Concedido, Avogadro não tinha palavras como "molécula" para descrever sua teoria, e suas ideias encontraram resistência de John Dalton, entre outros. Seria necessário outro químico chamado Stanislao Cannizzaro para trazer às idéias de Avogadro a atenção que elas mereciam. No momento em que essas ideias ganharam força, Avogadro já havia falecido.
Então, onde o número de Avogadro se encaixa nisso? Porque a lei de Avogadro provou ser tão crítica para o avanço da química, o químico Jean Baptiste Perrin nomeou o número em sua homenagem. Continue lendo para ver como os químicos determinaram o número de Avogadro e por que, ainda hoje, é uma parte tão importante da química.
Como diabos os químicos chegaram a uma cifra tão arbitrária para o número de Avogadro? Para entender como foi derivado, temos que primeiro abordar o conceito de unidade de massa atômica (amu). o unidade de massa atômica é definido como 1/12 da massa de um átomo de carbono-12 (o isótopo mais comum de carbono). Veja por que isso é legal:o carbono-12 tem seis prótons, seis elétrons e seis nêutrons, e porque os elétrons têm muito pouca massa, 1/12 da massa de um átomo de carbono-12 está muito próximo da massa de um único próton ou de um único nêutron. Os pesos atômicos dos elementos (os números que você vê abaixo dos elementos na tabela periódica) também são expressos em termos de unidades de massa atômica. Por exemplo, hidrogênio tem, na média, um peso atômico de 1,00794 amu.
Infelizmente, os químicos não têm uma escala que possa medir unidades de massa atômica, e eles certamente não têm a capacidade de medir um único átomo ou molécula de cada vez para realizar uma reação. Uma vez que átomos diferentes pesam quantidades diferentes, os químicos tiveram que encontrar uma maneira de preencher a lacuna entre o mundo invisível dos átomos e moléculas e o mundo prático dos laboratórios de química cheios de escalas que medem em gramas. Para fazer isso, eles criaram uma relação entre a unidade de massa atômica e o grama, e essa relação é parecida com esta:
1 amu =1 / 6,0221415 x 10 23 gramas
Essa relação significa que se tivéssemos o número de Avogadro, ou uma toupeira, de átomos de carbono-12 (que tem um peso atômico de 12 amu por definição), aquela amostra de carbono-12 pesaria exatamente 12 gramas. Os químicos usam essa relação para converter facilmente entre a unidade mensurável de um grama e a unidade invisível de moles, de átomos ou moléculas.
Agora que sabemos como o número de Avogadro é útil, precisamos examinar uma última questão:como os químicos determinaram quantos átomos existem em uma toupeira em primeiro lugar? A primeira estimativa aproximada veio cortesia do físico Robert Millikan, que mediu a carga de um elétron. A carga de um mol de elétrons, chamado de Faraday , já era conhecido na época em que Millikan fez sua descoberta.
Dividindo um Faraday pela carga de um elétron, então, nos dá o número de Avogadro. Hora extra, cientistas descobriram maneiras novas e mais precisas de estimar o número de Avogadro, mais recentemente, usando técnicas avançadas como o uso de raios-X para examinar a geometria de uma esfera de silício de 1 quilograma e extrapolar o número de átomos que ela continha a partir desses dados. E embora o quilograma seja a base para todas as unidades de massa, alguns cientistas querem começar a usar o número de Avogadro, da mesma forma que agora definimos o comprimento de um metro com base na velocidade da luz, e não o contrário.
Dia Toupeira:um dia após o coração de um químicoVocê provavelmente não terá o dia de folga do trabalho ou encontrará sua drogaria local repleta de cartões comemorando a ocasião, mas o Dia Mole é celebrado todos os anos por químicos em todo o mundo. Como o número de Avogadro é 6,022 × 10 23 , só faz sentido que o feriado comece às 6h02 todos os dias 23 de outubro. Os foliões contam piadas de química, sopram bolhas de gás natural que incendeiam, brinde com bebidas geladas em gelo seco e até recite o juramento de fidelidade do toupeira.
Agradecimentos especiais a Meisa Salaita, gênio da química e Diretor de Educação e Extensão, NSF Center for Chemical Evolution, por sua ajuda com este artigo.
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