✨Hằng số Avogadro

Hằng số Avogadro (ký hiệu là N_A hoặc L) là một hằng số tỉ lệ thuận liên hệ số hạt (thường là nguyên tử, phân tử hoặc ion) trong một mẫu với lượng chất trong mẫu đó. Trong hệ SI, hằng số Avogadro có đơn vị là nghịch đảo của mol và được xác định là N_A = 6,022 140 76 × 10²³ mol⁻¹. Nó được đặt tên theo nhà khoa học người Ý Amedeo Avogadro.

Giá trị đại số của hằng số Avogadro là một đại lượng không thứ nguyên, được gọi là số Avogadro (ký hiệu là N hoặc N₀) và bằng số hạt trong 1 mol chất (đơn vị đo lượng chất trong hệ đo lường quốc tế) hay bằng đúng 6,022 140 76 × 10²³.

Hằng số Avogadro còn có trong liên hệ giữa thể tích mol của một chất với thể tích trung bình do một trong những hạt cấu thành chất đó chiếm dụng về mặt lý thuyết khi cả hai đại lượng trên được đo cùng một đơn vị thể tích. Chẳng hạn, vì thể tích mol của nước ở điều kiện thường là khoảng 18 ml/mol nên thể tích mà một phân tử nước chiếm dụng là khoảng × 10⁻²³ ml, hay khoảng 30 ų (ångström khối). Đối với tinh thể, nó liên hệ thể tích mol của tinh thể đó (đo bằng ml/mol), thể tích của ô cơ sở lặp lại (đơn vị ml) và số phân tử trong ô cơ sở đó.

Có nhiều cách định nghĩa khác nhau về hằng số Avogadro trong lịch sử. Josef Loschmidt lần đầu tiên xác định giá trị gần đúng của nó vào năm 1865. Sau này, Jean Perrin định nghĩa nó là số nguyên tử trong 16 gam oxy. Trong mỗi trường hợp trên, mol được định nghĩa là đại lượng chỉ lượng chất chứa cùng số lượng nguyên tử với các mẫu tham khảo. Đặc biệt, đối với cacbon-12, một mol cacbon-12 đúng bằng 12 gam nguyên tố đó.

Các khái niệm trên cho thấy giá trị của số Avogadro phụ thuộc vào giá trị khối lượng (đo bằng gam) của một nguyên tử thuộc các nguyên tố trên thông qua thực nghiệm, nên trước đây người ta chỉ biết đến số Avogadro dưới dạng một số thập phân hữu hạn. Tuy vậy, tại hội nghị lần thứ 26, BIPM đã công bố định nghĩa mới về số Avogadro, mol và lượng chất. Theo đó, từ ngày 20 tháng 5 năm 2019, số Avogadro là số N = 6,022 140 76 × 10²³ và mol là lượng chất được xét chứa N hạt thành phần của chất đó.

Nhà vật lý Jean Perrin đặt ra thuật ngữ số Avogadro vào năm 1909. Ông định nghĩa nó là số phân tử trong đúng 32 gam oxy. Tại Đức, tên gọi này có thể dùng chung cho cả hai hằng số, chỉ có thể phân biệt qua đơn vị đo.

Perrin cũng xác định số Avogadro qua các phương pháp thí nghiệm. Nhờ vào đóng góp này mà ông được trao Giải Nobel Vật lý năm 1926.

Điện tích trên một mol electron là một hằng số được gọi là hằng số Faraday và được biết đến từ năm 1834 khi Michael Faraday công bố định luật về điện phân của ông. Năm 1910, Robert Millikan lần đầu tiên đo được điện tích của một electron. Nếu lấy điện tích của một mol electron chia cho điện tích của một electron thì được kết quả là giá trị ước tính chính xác hơn của số Avogadro.

Định nghĩa trong hệ SI năm 1971

Năm 1971, Văn phòng Cân đo Quốc tế (BIPM) quyết định rằng: lượng chất là một đại lượng đo độc lập và mol là đơn vị cơ bản trong hệ đo lường quốc tế (SI).

Định nghĩa lại trong hệ SI năm 2019

Năm 2017, BIPM quyết định thay đổi khái niệm về mol và lượng chất. Theo định nghĩa mới, mol là lượng chất chứa đúng 6,022 140 76 × 10²³ hạt đơn vị. Hệ quả của thay đổi trên là khối lượng của một mol ¹²C không còn bằng đúng 0,012 kg. Mặt khác, dalton (đơn vị khối lượng nguyên tử) vẫn được giữ nguyên khái niệm, tức bằng 1/12 khối lượng ¹²C. Do đó, hằng số khối lượng mol không còn bằng đúng 1 g/mol, tuy nhiên người ta thường bỏ qua sai số 3,5 × 10⁻¹⁰ trong tính toán thông thường.

::$M${\text{u = m{\text{u N_{\text {A= .