Avogadrova konstanta

Avogadrova konstanta vyjadřuje počet částic v jednotkovém látkovém množství (v 1 molu). Je pojmenována po italském fyzikovi Avogadrovi, její hodnotu však poprvé zjistil Johann Josef Loschmidt roku 1865.

Fyzikální jednotkou Avogadrovy konstanty v soustavě SI je mol⁻¹, její číselná hodnota se nazývá Avogadrovo číslo.

Definice, značení, hodnota

Avogadrova konstanta se značí N_A (případně L) a v soustavě SI se udává v jednotkách mol⁻¹.^[1]

Avogadrova konstanta byla původně definovaná jako počet atomů ve dvanácti gramech nuklidu uhlíku ${\displaystyle {}_{{\phantom {1}}6}^{12}{\mbox{C}}}$. Po redefinici SI je však od r. 2019 její hodnota pevně stanovená:

N_A = 6,02214076×10²³ mol⁻¹ (přesně)^[2]

Tato hodnota byla zvolena tak, aby s přesností dostupnou v době redefinice odpovídala původní definici, nicméně hmotnost jednoho molu uhlíku ${\displaystyle {}_{{\phantom {1}}6}^{12}{\mbox{C}}}$ již není 12 gramů zcela přesně, ale pouze téměř přesně^{[pozn. 1]}, a je třeba ji určit měřením.

Použití ve vědě

Chemické rovnice popisují reakci na úrovni jednotlivých atomů. Ve zkumavce ale pracujeme s gramy látky, což je nepředstavitelně velké množství atomů. Avogadrova konstanta nám je umožňuje vyčíslit. Například když zreaguje jeden mol sodíku (23 g) s jedním molem chlóru (35 g), vznikne jeden mol (58 g) kuchyňské soli. Podle Avogadrovy konstanty víme, že vzniklo cca 6×10²³ molekul soli a navíc máme jistotu, že nám nezůstane žádný nezreagovaný zbytkový chlór či sodík.

Avogadrova konstanta je tedy převodním nástrojem mezi makroskopickým a mikroskopickým pozorováním přírody. Dále poskytuje nástroj pro vytváření vztahů mezi ostatními fyzikálními veličinami a konstantami. Například vztah mezi molární plynovou konstantou R a Boltzmannovou konstantou k_B:

${\displaystyle R=k_{\rm {B}}N_{\rm {A}}=8{,}314\,462\,618\,153\,24\ {\rm {J\,mol^{-1}\,K^{-1}}}\,}$ (přesně).^[3]

Vztah mezi Faradayovou konstantou F a elementárním nábojem e je

${\displaystyle F=N_{\rm {A}}e=96\,485{,}332\,123\,310\,018\,4\ {\rm {C\,mol^{-1}}}\,}$ (přesně).^[3]

Avogadrova konstanta má těsný vztah k daltonu^[4] (Da), dříve nazývanému atomová hmotnostní jednotka u,

${\displaystyle 1\ {\rm {Da}}=1\ {\rm {u}}={\frac {M_{\rm {u}}}{N_{\rm {A}}}}=1{,}660\,539\,068\,92(52)\times 10^{-27}\ {\rm {kg}}}$, ^[3]

kde M_u = 1,00000000105(31)×10⁻³ kg⋅mol^−1[3] je molární hmotnostní konstanta, která po redefinici SI přestala být od r. 2019 pevnou konstantou (s přesnou hodnotou 10⁻³ kg⋅mol⁻¹) a je závislá na experimentálním určení.

Poznámky

1. Podle definice molární hmotnostní konstanty má volný atom uhlíku  12
   6 C molární hmotnost M(¹²C) = 12M_u = 12N_A·m_u = 12,0000000126(37) g/mol.^[3] Číslice v závorce značí směrodatnou odchylku posledních dvou platných číslic.