厦门车管所在线咨询:阿佛伽得罗常数是如何测定的？

摩尔定义中的0.012千克碳--12（162C）所含的原子数目就是阿佛加德罗常数

的定义值，摩尔定义中并未指定一个准确的粒子数目，因此，测定阿佛加德罗常

数就可以看成实现了摩尔单位。传统方法用碳--12的单晶体测量原子的质量、密

度和原子间距。现在阿佛加德罗常数可用多种不同的实验方法进行测定，例如电

化当量法、布朗运动法、油滴法、X射线衍射法、黑体辐射法、光散射法等。

　　精密测定阿佛加德罗常数N0可通过N0与晶体各参数的关系式用X射线干涉仪

测量。现在一般用纯单晶硅代替碳--12，先用质谱仪测定碳--12与硅的原子量的

比值以及硅的同位素成分，然后用浸入液体法得出硅晶体的密度。因为晶体的晶

格d和相同的波长的X射线的波长与晶格成倍数关系，可确定晶体尺寸准确的长度

比值。利用测量小位移的X射线和光学干涉仪可以直接测量硅晶体的晶格常数。

由阿佛加德罗常数N0等于分子量M与一个分子的质量m之比，得关系式：

N0=M/m=M/ρv=n·M/ρфd3

注：n为单胞中的分子数，ρ为密度，d为晶格常数，φ为几何因子

　　1971年，美国德斯拉梯斯（Deslattes）用此法求得

N0 = 6.0220943×1023 mol--1 ,

不确定度为1×10--6。

二、实验原理

本实验是根据硬脂酸能在水的表面上形成一层单分子膜的性质而设计的。

硬脂酸易溶于苯，难溶于水，而苯又难溶于水且易挥发，当把极稀的硬脂酸的苯溶液逐滴滴入圆形水槽中的水面上时，硬脂酸的苯溶液就在水面上向四周扩散，同时苯不断挥发，留下来的硬脂酸分子（C17H35COOH）随即在水面作定向而整齐的紧密排列。硬脂酸分子中亲水的极性基团（羧基—COOH）这一端向下插入水面，分子中疏水的非极性基团（烃基—C17H35）作为另一端直立向上，从而在水面上形成硬脂酸单分子膜的覆盖层，如图7—1所示。

根据本实验所配硬脂酸苯溶液总体积V（ml）中含有硬脂酸的质量mg，本实验测得形成单分子膜时滴入硬脂酸苯溶液的滴数d和每滴的体积Vd（ml），以及圆形水槽的内径D（cm），又已知每一个硬脂酸分子的截面积A（A=22×10-16cm2）和1mol硬脂酸分子的质量M（M=284.47g），就可按下列公式计算出1mol硬脂酸所含的分子数，即阿佛加德罗常数NA

图7—1硬脂酸分子在水的表面层上定向排列形成单分子膜的示意图

此计算公式可从下列分步计算推导得出。

1.计算水槽里水面上形成的单分子膜中所含硬脂酸的分子个数（n）。

覆盖在水槽中整个水面上的硬脂酸单分子膜的面积，相当于水槽中水的

又已知每一个硬脂酸分子的横截面积A=22×10-16cm2

2.计算水槽里水面上形成的单分子膜中所含硬脂酸的质量W

W=每滴硬脂酸苯溶液所含硬脂酸的质量×（滴数-1）。

（从总滴数中减去1，是因为最后一滴没有扩散，也就是没有参加形成单分子膜。）

3.计算每一个硬脂酸分子的质量W′。

4.计算1mol硬脂酸所含的分子数（NA）。

将“阿佛加德罗常数的测定”实验选入高中化学课本，目的在于使学生通过实验，了解阿佛加德罗常数的一种测定方法和原理，从而能更深刻地认识阿佛加德罗常数的意义和自觉地运用这个常数去理解有关的化学基本概念并进行化学计算。同时，也有助于提高学生的分析推理能力和学习定量地研究化学的方法。

三、实验用品

仪器

分析天平 一台

称量瓶 一只

烧杯（50ml） 一只

玻璃棒 一根

容量瓶（250ml） 一只

胶头滴管（60—80滴/ml），或移

液管（5ml、带刻度、带胶头） 一支

胶头滴管（＞130滴/ml），或 一支

医用注射器（10—20ml）

玻璃水槽（圆形、直径约33cm左右） 一只

培养皿（直径9cm） 一只

直尺 一把

卡尺 一把

量筒（5ml或10ml，0.1ml刻度） 一只

药品

硬脂酸（分析纯）

苯（分析纯，经过无水氯化钙处理）

四、实骤步骤

1.硬脂酸苯溶液的制备在分析天平上用50ml小烧杯称取约50—100mg硬脂酸，以少量苯溶解后，注入250ml容量瓶中，用苯冲洗烧杯数次，洗涤液均倒入容量瓶中，最后再往容量瓶中加苯至刻度，配成250ml硬脂酸苯溶液。

2.准确测定每滴硬脂酸苯溶液的体积取一支清洁干燥的胶头滴管（60—80滴/ml），吸入硬脂酸苯溶液，往小量筒中滴入100滴，读出它的体积数（估计到小数点后两位）。并计算出一滴硬脂酸苯溶液的体积Vd（ml）。再重复操作两次，取三次结果的平均值。滴时要注意使滴管垂直，并避免空气回吸。

不同方位准确量出水槽内径，取其平均值D（cm）。计算出水槽内水的表面积：

把水槽中的水倒掉，用去污粉（必要时用碳酸钠）擦洗水槽内壁，用清水冲洗干净后，重新往水槽中注入清水至标记处。

4.准确测定在水面上形成硬脂酸单分子膜需要滴入硬脂酸苯溶液的滴数。

用上述胶头滴管吸取硬脂酸苯溶液，使滴管垂直，保持在水槽的中心位置上方，且管尖离水面约5cm高，往水面上滴入一滴硬脂酸苯溶液。仔细观察，待滴到水面上的硬脂酸苯溶液全部扩散和苯已挥发而看不到珠滴时（不得用嘴吹），再滴入第二滴。如此逐滴滴入，直到滴入一滴后，硬脂酸苯溶液在水面上不再扩散而呈透镜状油珠，并在半分钟内都不消失时，表示硬脂酸单分子膜已经形成并完全覆盖水面，遂停止滴入。记下滴入的滴数d。

在每次吸取硬脂酸苯溶液后，要立即盖上盛硬脂酸苯溶液的试剂瓶的瓶塞，避免苯挥发使溶液浓度发生变化。滴液时，捏胶头的力要均匀，避免空气回吸。

重复测定：把水槽中的水倒掉，用Na2CO3粉擦洗水槽，洗去粘在水槽上的硬脂酸（为什么一定要洗去？），用清水仔细冲洗干净后，再往水槽中注入清水至标记处。重复以上操作，再做两次实验，取三次结果的平均值。

5.数据处理

根据测得的数据，算出阿佛加德罗常数。

6.用一支每ml大于130滴的胶头滴管（或注射器）和上面实验用的圆形水槽重复实验步骤2—5，进行实验。

7.用一只较小的客器（如培养皿），分别用每ml60—80滴的胶头滴管和每ml大于130滴的胶头滴管（或注射器）重复做这个实验，探讨容器的大小和每滴硬脂酸苯溶液体积的大小对实验结果的影响。

实验记录及数据处理结果可填入下表。

五、讨论总结

按照以下讨论题目，总结写出书面报告。

1.列表整理实验记录，处理实验数据。对比并总结容器的大小和每滴硬脂酸苯溶液体积的大小对实验结果的影响。

2.分析造成实验误差的因素，指出做好本实验要注意的问题。

3.扼要叙述你对本实验在中学化学教学中的地位和作用的认识。如何向中学生讲解本实验原理，提出你的讲授纲要。

六、参考文献

1.中小学通用教材化学编写组编，全日制十年制学校高中课本《化学》（试用本）第一册，人民教育出版社，第二章第一节，学生实验二（1979）。

2.广东省教育局《高中化学教学参考书》编写小组编，全日制十年制学校高中化学第一册（试用本）《教育参考书》上册，人民教育出版社，第59—62页（1979）。

3.人民教育出版社中学化学编辑室编，六年制重点中学高中课本《化学》（试用本），第一册，人民教育出版社，第163—165页（1983）。

4.施其康、刘正贤，“学生可以做好《阿佛加德罗常数的测定》”化学教学，第二辑（1979）。

5.陈华乐，“阿佛加德罗常数测定实验”，中学理科教学，第8期（1978）。

6.王希通，《中学化学实验技术和方法》，河北人民出版社，第59—63页（1980）。