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 To znamená, že vydelením mernej hmotnosti uhlíka v kg 12C dvanástimi a Avogadrovou konštantou dostaneme približnú hmotnosť atómu vodíka 1H. Atómová hmotnostná jednotka mu má hodnotu 1,660539040×10-27 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. Predchodca Amperu, medzinárodný Amper bol definovaný prechodom stáleho prúdu za 1s keď sa vylúči na katóde 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. Hmotnosť prvku ktorý sa vylúči 1C nazvali elektrochemický eqvivalent prvku označený niekedy A alebo Z. Z toho sa odvodila rovnica pre prenesenie hmotnosti prvku m=QA. Hmotnosť daného prvku ktorý zreaguje z polovičnou molárnou hmotnosť vodíka sa nazýva gram eqvivalent prvku, Neskoršie sa zistilo, že je to molárna hmotnosť delená počtom elektrónov vo valenčnej sfére.Mm/z. Mm je molárna hmotnosť daného prvku a z je počet elektrónov vo valenčnej sfére. Z nameraných hodnôt váženia Faraday zistil, že na keď sa hmotnosť preneseného prvku rovná hmotností gram eqvivalentu prvku je potrebné rovnaké množstvo elektrického náboja 96485,33289 C, Stanovil ju ako konštantu F=96485,33289 C/mol. Z toho sa dá upraviť rovnica pre prenesenú hmotnosť látky elektrolýzou. Elektrický náboj môžeme nahradiť sumou okamžitých prúdov i za čas t, podľa vzorca
Q je prenášaný náboj, pomer Mm/z je gram ekvivalent daného prvku. Z tejto rovnice môžeme odvodiť hodnotu konštanty F, keď poznáme stály prúd I, hmotnosť prenesenej látky za daný čas t a gram ekvivalent látky Mm/z. Vzorec je
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