ما هو عدد أفوغادرو؟

سوف نعطيك تلميحًا: إنه ليس العدد 867-5309، فإن هذا يسمى عدد جيني وليس أفوغادرو.

كما أنك لن تجد هذه الأرقام مكتوبة بالقلم على حائط عمومي، على كل حال ستجده في كتاب الكيمياء المدرسيّ النَّموذجي، إنه العدد 6.0221415 × 1023 وعند نشره يصبح 602,214,150,000,000,000,000,000 ولاختصاره يمكنك فقط أن تسميه المول.

حيث أنه مثلما يعتبر12 شيء هو دزينة، المول هو ببساطة عدد أفوغادرو من الأشياء.

في الكيمياء هذه الأشياء هي الذرات والمركبات، نظرياً يمكن أن يكون لديك مول من كرات البيسبول أو من أي شيء، ولكن إذا وُجد ذلك فإن مول من كرات البيسبول سوف يغطي الكرة الأرضيّة لارتفاع عدّة مئات من الأميال، سوف يكون متعباً جداً أن تجد استخداماً عملياً جيداً للمول من أجل أي شيء أكبر من الذرات أو الجزيئات، بذلك إذا كان المول يُستخدم فقط في الكيمياء.

إذا كيف تقاطع طريق أميديو أفوغادرو-Amedeo Avogadro (الأسم الكامل: لورنزو رومانو أميديو أفوغادرو- Lorenzo Romano Amedeo Carlo Avogadro) والكيمياء؟

ولد في إيطاليا في عام 1776، كبر أفوغادرو في فترة مهمة من تطور الكيمياء.

العلماء الكيميائيون مثل جون دالتون-(John Dalton) وجوزيف لويس جاي-لوساك- (Joseph Louis Gay-Lussac) كانو قد بدؤوا بفهم الخصائص الأساسية للعناصر والجزيئات وقد ناقشو بشكل واسع سلوك هذه الجسيمات المتناهية الصغر، قانون غاي لوساك لجمع الحجوم يهتم بشكل خاص ب أفوغادرو، ووضّح القانون أنه عندما يتفاعل حجمين معينين من الغاز لتشكيل غاز ثالث فإن النّسبة بين حجم الغازات المتفاعلة وحجم الغاز الناتج هي دائماً أرقام بسيطة كاملة ولدينا المثال: مقدار كميتين من غاز الهيدروجين يتم دمجهما مع كمية من غاز الأوكسجين لتشكيل مقدار كميتين من بخار الماء (على الأقل عندما تكون الحرارة مرتفعة بشكل كافي) ولا يبقى شيء أو على الشكل: 2H2 + O2 –> 2H2O

تشويه آثار هذا القانون، استنتج أفوغادرو أنه ليكون ذلك صحيحاً فإن المقادير المتساوية من غازين مختلفين في درجة الحرارة نفسها والضغط نفسه يجب أن تحوي على العدد نفسه من الجسيمات (قانون أفوغادرو).

والطريقة الوحيدة التي يمكن أن نشرح من خلالها صحة هذا القانون لأي مثال، بما فيها المثال الذي ذكرناه منذ قليل، هي أنه لو كان هناك فرق بين الذّرات والمركبات وبعض العناصر الأخرى مثل الأوكسجين التي توجد فرضاً على شكل مركبات (في الأوكسجين O2 بدلا من Oفقط)، أفوغادرو لم يكن لديه كلمات مثل “مركبات” ليصف بها نظريته بين النظريات الأخرى وقد لاقت أفكاره المعارضة من قبل جون دالتون- John Dalton.

وقد تطلب خبيراً كيميائياً آخر اسمه ستانيسلاو كانيزارو Stanislao Cannizzaro لإعطاء أفكار أفوغادرو الاهتمام الذي تستحقه وفي الوقت الذي حصلت فيه هذه الأفكار على حقها من الأهتمام كان قد توفي أفوغادرو.

إذا أين هو موقع عدد أفوغادرو في كل هذا؟

ولإن قانون أفوغادرو قدم أثباتاً نقدياً لتطور الكيمياء، أطلق الكيميائي جين باتبيست بيرن- Jean Baptiste Perrin هذه التسمية على شرفه، تابع القراءه لتكتشف كيف قام الكيميائيون بتحديد عدد أفوغادرو ولماذا وحتى اليوم فإنه يعتبر جزءاً هاماً من الكيمياء.

ما هو عدد أفوغادرو عملياً؟

إذا كيف قرر الكيميائيون الأستقرار على رقم أعتباطي على ما يبدو من أجل أن يكون عدد أفوغادرو؟

لكي نفهم كيف تم استنتاجه علينا أولا أن نقوم بشرح مفهوم وحدة الكتلة الذرية.

وحدة الكتلة الذرية تعرف على أنها تمثل 1/12 من كتلة ذرة كربون -12واحدة (أكثر النظراء شيوعاً للكربون) ولنشرح لماذا يعتبر ذلك منظماً: الكربون-12 لديه ست بروتونات، وست إلكترونات وست نيترونات ولإن كتلة الكربون صغيرة جداً فإن 1/12 من كتلة كربون-12 تكون قريبة جداً من كتلة بروتون واحد أو نيترون واحد.

الوزن الذرّي للعناصر (هذه الأرقام التي تراها تحت العناصر على الجدول الدوري) يتم التعبير عنها على شكل وحدات كتلة ذريّة أيضاً.

على سبيل المثال الهيدروجين وزنه الذرّي بشكل وسطي 1.00794

لسوء الحظ الكيميائيون ليس لديهم مقياس لقياس وحدات الكتلة الذرية وبالتأكيد ليس لديهم القدرة لقياس ذرة وحيدة أو جزيء وحيد في وقت ما لكي يتم تنفيذ رد فعل ما.

وبما أن الذرات تختلف عن بعضها في الأوزان كان على الكيميائيين أن يصلوا إلى الثغرة بين العالم الخفي للعناصر والجزيئات والعالم العملي للمخابر الكيميائية الممتلئة بالمقاييس التي تقيس بالغرام ولكي نقوم بذلك قامو بتشكيل علاقة بين وحدة الكتلة الذرية والغرام وهذه العلاقة تبدو على الشكل التالي:

1 واحدة كتلة ذرية= 1/6.0221414*1023 غرام

1 amu = 1/6.0221415 x 1023 grams

هذه العلاقة تعني أنه إذا كان لدينا عدد أفوغادرو أو مول واحد من ذرات الكربون-12 (والذي يبلغ وزنه الذري حوالي 12 حسب التعريف)

هذه العينه من الكربون-12 سوف تزن 12 غرام تماماً، وبالتالي يستخدم الكيميائيون هذه العلاقة للتحويل بسهوله بين وحدة الغرام القابلة للقياس والوحدة الخفية للمول للذرات والجزيئات.

والآن بما أننا نعلم أن عدد أفوغادرو سهّل علينا أن نختبر سؤالاً أخيرا أيضاً:

كيف تمكن الكيميائيون من تحديد عدد الذرات في المول الواحد منذ البداية، أول تخمين صعب جاء مجاملة من الفيزيائي روبرت ميليكان والذي قام بقياس شحنة إلكترون، شحنة مول من الإلكترونات تسمى فارادي وكانت معروفة مسبقاً في الوقت الذي قام فيه ميليكان باكتشافه.

بقسمة فارداي على شحنة الإلكترون ينتج لدينا إذا عدد أفوغادرو، مع الوقت وجد العلماء طرق أكثر وأنسب لاستنتاج عدد افوغادرو وأكثرها باستخدام تقنيات متقدمة مثل أشعة X لاختبار هندسة مجال نشاط واحد كيلو غرام من السيليكون واستنتاج عدد الذرات التي يحتويها من خلال هذه البيانات، وحيث أن الكيلوغرام هو الأساس لكل كتل الواحدات فإن بعض العلماء يريدون أن يبدؤوا باستخدام عدد أفوغادرو بدلا منه وبهذه الطريقة نستطيع الآن أن نعرف طول متر واحد اعتماداً على سرعة الضوء بدلاً من الطرق الأخرى.

• ترجمة: بتول حبيب
• تدقيق: يحيى أحمد
• تحرير: طارق الشعر
• المصدر