Pokračujem v ďalšom blogu o konštantách. Veľmi dôležitá je Avogadrová konštanta pri odvodení ďalšej hlavnej konštanty, elementárneho elektrického náboja e. Ako som písal v predchádzajúcom blogu Avogadrová konštanta Na je dnes fixovaná na počet atómov v 0,012kg uhlíku 12C. Je to veľmi stabilný prvok v tuhom skupenstve a má najvyšší bod topenia. Ako som písal pretože vodík 1H má 1protón a 1 elektrón ale atóm uhlíku 12C má v jadre 6 protónov a 6 neutrónov. Okolo jadra obieha 6 elektrónov. Pretože hmotnosť elektrónu a protónu je skoro rovnaká ako hmotnosť neutrónu tak hmotnosť atómu 12C je 12x ťažšia. Znamená to, že atóm uhlíka ako keby obsahoval 12 vodíkov. Protóny a neutróny sa nazývajú nukleóny. Číslo ktoré je pred značkou chemického prvku sa nazýva nukleonové číslo. Preto musí byť použitých 12g uhlíka 12C aby sa počet atómov vyrovnal počtu atómov v 1g vodíka 1H. Atóm je elementárna časť chemického prvku. V jadre sú protóny ktoré majú kladný elementárny náboj a neutrálne neutróny. Okolo jadra obiehajú elektróny, ktorých je toľko ako protónov. Majú záporný elementárny náboj. Preto atóm má celkový nulový elektrický náboj. Pokiaľ je prvok stabilný tak má počet protónov a neutrónov rovnaký. Atómy ktoré majú iný počet neutrónov ako protónov nemusia byť stabilné, sú to izotopy prvkov. Uhlík má izotopy 13C a 14C Maximálny počet elektrónov v jednotlivých vrstvách obalu tzv. elektrónových orbitáloch je v prvej 2 v druhej 8 v tretej 18 a vo štvrtej 32. Pokiaľ bude mať posledná vrstva 8 elektrónov tak je prvok chemicky stály. Môže byť až 8 vrstiev ale maximálne 32 elektrónov. Vodiče majú na poslednej, (valenčnej sfére voľné elektróny. Dobré vodivé prvky majú menej elektrónov na valenčnej sfére ako 4.
Hmotnosť atómu vodíka môžeme nahradiť jednou dvanástinou atómu uhlíka 12C. Nazýva sa atómová hmotnostná jednotka mu. Pre výpočet v kg je vzorec. 
Miesto gramu sme použili kg preto je tam 0,012. Jej hodnota je 1,660 539 040×10−27 kg. Keby sme zvážili molekulu ma ku mu by určoval aký je hmotnostný pomer medzi jednotlivými látkami. Pomer hmotnosti atómu ma k atómovej hmotnostnej jednotke je relatívnu atómovú hmotnosť Ar=ma/mu. Je to bezrozmerná hodnota. Z toho nám vychádza, že aj hmotnosti molov iných látok budú násobkom mólovej hmotnosti uhlíka 12 g. Hmotnosť mólov jednotlivých látok udáva molárna hmotnosť Mm=m/n. m je hmotnosť látky n je látkové množstvo. Látkové množstvo je to pomer množstva entít, (atómov, molekúl N a Avogadrovej konštanty Na. Vzorec je n=N/Na. Molárna hmotnosť má takú istú číselnú hodnotu ako relatívna atómová hmotnosť ale jej rozmer je gramoch na mol g/mol.
Toto je dôležitý poznatok pri elektrolýze. Elektrolýza je proces pri ktorom elektrický prúd netečie voľnými elektrónmi ale iónmi. Ióny sú atómy, ktoré majú menej alebo viac elektrónov ako protónov. Podľa toho ióny sú kladné alebo záporné pretože elektrón má záporný náboj. Elektrolýza sa vytvára v roztoku, elektrolyte do ktorého sa vložia dve elektródy. Elektrolýza je proces pri ktorom elektrický prúd netečie voľnými elektrónmi ale iónmi. Ióny sú atómy, ktoré majú menej alebo viac elektrónov ako protónov. Podľa toho ióny sú kladné alebo záporné pretože elektrón má záporný náboj. Elektrolýza sa vytvára v roztoku, elektrolyte do ktorého sa vložia dve elektródy kladná anóda a záporná katóda. Elektródy majú byť s takého materiálu aby sa pri elektrolýze nepoškodili alebo aby sa hmota z jednej elektródy preniesla na druhú. Prvý prípad je elektrolýza vody ako elektrolyt použijeme kyselinu sírovú H2SO4 ktorá sa pridá do vody. Elektródy sú platinové. Na anóde sa vylúči 1diel kyslíka O2 a na katóde 2 diely vodíka H2. V druhom prípade prenášame prvok ktorý chceme by sa usadil na druhej elektróde. Taký prípad je pokovovanie. Môžeme to ilustrovať na postriebrení. Anóda bude zo striebra Ag a elektrolyt bude z dusičnanu strieborného AgNO3. Pri 1A stáleho prúdu za 1s vylúči na katóde vylúči 0,001118 g striebra. Katóda je z materiálu ktorý chceme postriebriť. Z anódy bude ubúdať striebro a na katóde bude pribúdať. Ióny vzniknú tak, že anóda odtrhne 1 elektrón z poslednej elektrónovej vrstvy atómov striebra a tie tečú ku katóde kde im katóda elektróny dodá. Už dávnejšie vypracoval anglicky chemik John Dalton tabuľku prvkov podľa toho koľko gramov prvku bude reagovať na 1gram vodíka. Nazvali to gramekvivalent prvku. Neskoršie sa zistilo, že je to pomer molárnej hmotnosti k počtu elektrónov ktoré sú v poslednej elektrónovej vrstve. Anglický chemik a fyzik Michael Faraday zistil, že na prenesenie jedného gramekvivalentu ktorého koľvek prvku je potrebné vždy rovnaký elektrický náboj, 96485,332 89C. 1C Coulomb je jednotka elektrického náboja. Pre hmotnosť m vylúčenej látky zostavil vzorec
Q je prenášaný náboj, pomer Mm/z je gramekvivalent daného prvku. Mm je molárna hmotnosť daného prvku a z je počet elektrónov vo valenčnej sfére atómuje. Konštantu F vypočítal tak, že pri stálom prúde I odvážil na katóde množstvo látky m ktorá sa preniesla z anódy za daný čas t. Gramekvivalent látky poznal. Pre konštantu potom vychádza vzorec
Z nameraných hodnôt váženia mu vyšla konštanta F=96485,33289 C/mol. Faraday nemusel používať ampéry pretože neskoršie boli hodnoty upravované a spresnené.
Keď Faradayovú konštantu vydelíme avogadrovou, dostaneme hodnotu elementárneho elektrického náboja e=F/Na. Tým sa dosiahla ďalšia dôležitá konštanta veľkosť elektrického elementárneho náboja náboja e=1,602 176 62×10−19C. Veľkosť náboja elektrónu bola potvrdená bola aj priamymi metódami meraní. rýchlosť svetla odvodím v budúcom blogu len okrajovo, potom napíšem sériu blogov ako sme sa k nej dostali
Plancková konštanta si zaslúži viac pozornosti, nabudúce o nej napíšem ďalšíe blogy.
Celá debata | RSS tejto debaty