Avogadro-Zahl

Die Avogadro-Konstante N_A ist eine nach Amedeo Avogadro benannte physikalische Konstante, die als Teilchenzahl N pro Stoffmenge n definiert ist. Sie gibt die Zahl der Teilchen in einem Mol an. Nach der aktuellen CODATA-2006 Empfehlung ^[1] hat die Avogadro-Konstante den Wert

N_A = 6,022 141 79 (30) · 10²³ mol⁻¹

Entsprechend der Definition der atomaren Masseneinheit beträgt die Masse eines ¹²C-Atoms im Grundzustand multipliziert mit dem Zahlenwert der Avogadro-Konstanten in mol⁻¹, auch Avogadro-Zahl genannt, exakt 12 g. Die Avogadro-Zahl ist der Kehrwert der atomaren Masseneinheit in Gramm.

Historisches und Bezeichnung der Konstante

Der italienische Physiker Amedeo Avogadro erkannte bereits 1811, dass gleiche Volumina verschiedener idealer Gase die gleiche Zahl Moleküle enthalten (Avogadrosches Gesetz). Erstmals gelang es 1865 dem österreichischen Physiker und Chemiker Josef Loschmidt, die Größe von Molekülen größenordnungsmäßig zu bestimmen. Ludwig Boltzmann benannte die von Loschmidts Ergebnissen abgeleitete Zahl der Moleküle in einem Kubikzentimeter Luft Loschmidtsche Zahl. Die Teilchenzahl pro Volumeneinheit unter Normalbedingungen wird Loschmidt-Konstante N_L genannt. Der Begriff Loschmidt-Zahl wird jedoch fälschlicher Weise - v.a. in älterer deutschsprachiger Literatur auch synonym zu Avogadro-Zahl verwendet.

Erst 1909 (nach dem Tod von Loschmidt und Avogadro) schlug der französische Chemiker Jean-Baptiste Perrin vor, die Zahl der Teilchen in einem Mol als Avogadro-Zahl zu bezeichnen.

Anwendungen

Die Avogadro-Konstante N_A tritt bei der Umrechnung von auf die Teilchenzahl bezogenen Größen in auf Stoffmenge bezogenen Größen auf.

• Universelle Gaskonstante R und der Boltzmann-Konstante k_B:

R = N_A · k_B

• Faraday-Konstante F und der Elementarladung e:

F = N_A · e

• molare Masse = N_A · Atommasse

Bedeutung

Die wesentliche Bedeutung der Avogadro-Zahl liegt in der Umrechnung von auf einzelne Teilchen, meist Molekülen, bezogenen Größen auf molare, d. h. auf ein Mol bezogene Größen.

Die Avogadro-Zahl hat auch eine große historische Bedeutung im Hinblick auf die Existenz von Atomen: Viele Wissenschaftler des 19. Jahrhunderts betrachteten Atome als hypothetische Teilchen, deren Existenz unbewiesen sei, während die heutige Wissenschaft ihre Gegenwart als Tatsache betrachtet. Diese Gewissheit stammt auch aus der Bestimmung der Avogadro-Zahl mit Hilfe verschiedener Methoden, die alle einen übereinstimmenden Wert geliefert haben.

Bestimmung

Ein Präzisionsverfahren zur Bestimmung der Avogadro-Konstante ist die XRCD-Methode (X-Ray Crystal Density). Sie nutzt Röntgenbeugungsversuche an Einkristallen, um die Größe der Elementarzelle und die Zahl der darin enthaltenen Atome direkt bestimmen zu können. Die Ergebnisse dieser Versuche könnten auch zu einer Neudefinition des Kilogramm und des Mol führen.

Quellen

1. ↑ CODATA (2006): Avogadro constant, NIST.

Weblinks

• PTB: Neue Bestimmung der Avogadro-Konstante