Založ si blog

Fyzikálne konštanty II

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 13 a 14 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. Udáva nám to molárna hmotnosť Mm=m/n. m je hmotnosť látky n je látkové množstvo. Je to pomer množstva entít, (atómov, molekúl N v hmotnosti m. 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 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 vzorecQ 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 vzorecZ nameraných hodnôt váženia mu vyšla konštanta F=9648533289 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 priamimi metódami meraní.

Plancková konštanta si zaslúži viac pozornosti, nabudúce o nej napíšem ďalší blog.

 

 

Od relatívnosti súčasnosti až po atómovú bombu II

25.06.2019

Ako som písal v minulom blogu preveriť Einsteinovu teóriu o relativistickej hmotnosti môžeme iba pri kinetickej energii. Energia je schopnosť konať prácu. Kinetickú energiu má teleso v pohybe. viac »

Od relatívnosti súčasnosti až po atómovú bombu

20.06.2019

Ako som písal minule Einstein tušil, že hmota je nejaký iný stav elektromagnetických vĺn. Hmota sa fakticky skladá s elektrických nábojov a väzbových síl. Keď sa uvoľnia väzbové sily viac »

Od galilea až po relatívnosť súčasnosti II

17.06.2019

Do búrlivých politických blogov zase píšem jeden nezáživný blog. Pokračujem v prvom blogu o transformáciách. Aby sa dali Galileove transformácie prepočítať aj pre vysoké rýchlosti tak viac »

Pevnosť, Brégançon,

Macron chce byť vplyvný líder. Odomkol pevnosť silnému Putinovi

19.08.2019 22:27

Šéf Kremľa sa dostal tam, kam francúzski prezidenti pozývajú štátnikov zo zahraničia len výnimočne.

Ábel Ravasz

Stratifikáciu podporiť chceme, považujeme ju za dôležitú, povedal Ábel Ravasz

19.08.2019 21:22

Na forme podľa neho strane veľmi nezáleží, dôležité je aby bol návrh kvalitný.

Béla Bugár,

Most-Híd a SMK chcú uzatvoriť rokovania o možnej koalícii do konca augusta

19.08.2019 20:53

Jednou z problémových tém je tiež podiel ľudí na potenciálnej kandidátke.

USA / Donald Trump /

USA otestovali raketu stredného doletu

19.08.2019 19:39

Spojené štáty od INF oficiálne odstúpili 2. augusta.