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.

Avogadrová konštanta Na  je dnes fixovaná na počet atómov v 0,012kg  uhlíku 12C, ktorý má 6 protónov a 6 neutrónov. Je to veľmi stabilný prvok v tuhom skupenstve a má najvyšší bod topenia. Prečo je to tak. Vodík mal v jadre atómu jeden protón ale uhlík má ich 6 ale okrem toho má aj 6 neutrónov ktoré sú približne tak ťažké ako protóny. 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 13C14C. Maximálny počet elektrónov v jednotlivých vrstvách obalu tzv. elektrónových orbitáloch je v pvej 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.

V avogadrovej rovnici počítame s tlakom ale mol bude platiť aj pre entity pevnej látky. Keď vynecháme tlaky a objemy, tak  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.

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

 

 

Planckove jednotky

13.11.2018

Prečo vlastne Planck vytvoril jednotky podľa konštánt. My sme stanovili základné jednotky meter a kilogram podľa určitých dohovorov. Meter je desať milióntina zemského kvadrantu. Kilogram je viac »

Planckove hodnoty

23.10.2018

Einstein zostavil rovnicu pre celkovú energiu telesa E=m·c2 a podľa Planckovej konštanty a frekvencie určil energiu fotónu Ef=h·f. Pokiaľ by sme miesto frekvencie fotónu udávali uhlovú rýchlosť viac »

Planckova konštanta

11.10.2018

Písal som minule, že planckova konštanta si zaslúži vlastný blog. Ako sa k nej dopracovalo. Pri skúmaní žiarenia celkom čierného telesa Anglický fyzici Raylegh a Jeans podľa úvahy, elektromagnetická viac »

triblavina,kamion,dialnica D1

Súvislá diaľnica do Košíc bude skôr cez Maďarsko ako cez Slovensko

11.12.2018 21:23

Bratislava a Košice budú prepojené súvislou diaľnicou minimálne o päť rokov skôr cez územie Maďarska než cez Slovensko.

štrasburg, streľba

Na vianočných trhoch v Štrasburgu sa strieľalo, hlásia dve obete

11.12.2018 21:17, aktualizované: 23:10

Šlo o teroristický útok.

francúzsko, žlté vesty

Egyptská vláda údajne zakázala predaj žltých viest v obavách z demonštrácií

11.12.2018 20:27

Zakázané predávať žlté vesty majú obchodníci jednotlivcom, nie firmám.

donald trump

USA zaradili Pakistan na zoznam krajín porušujúcich náboženské slobody

11.12.2018 19:32

Presun na čiernu listinu umožňuje, aby USA na Pakistan uvalili sankcie.