IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2017

Фундаментальные мировые константы – это постоянные, входящие в состав уравнений, определяющих основные устойчивые законы природы и признаки веществ. Во многих случаях они являются масштабными характеристиками различных физических, химических, а так же физико-химических процессов и явлений. К фундаментальным постоянным относятся: газовая постоянная, постоянная Планка, постоянные Стефана-Больцмана, Авогадро, Ридберга и т.д. Численные значения фундаментальных постоянных или их комбинаций находят на основе экспериментальных измерений и выражают в единицах какой-либо системы единиц.

Мировые константы используются при расчетах различной сложности и направленности, начиная от решения школьной задачи и заканчивая вычислениями в современной науке. Постоянные так же являются неотъемлемой частью в физико-химических расчетах. Рассмотрим некоторые из констант, широко используемых в данной области.

Универсальная газовая постоянная характеризует работу расширения одного моля идеального газа при постоянном давлении и повышении температуры на 1 К. Обозначается латинской буквой R. Впервые была вычислена Дмитрием Ивановичем Менделеевым в 1874 году. В Международной системе единиц (СИ) универсальная газовая постоянная равна R = 8,314 459 8(48) Дж⁄(моль∙К). Данная постоянная входит в ряд уравнений молекулярно-кинетической теории, таких как, например, уравнение состояния идеального газа, уравнение среднеквадратичной поступательной скорости молекулы и т.д. Универсальная газовая постоянная выражается через произведение постоянной Больцмана на число Авогадро R=k N_A(1).

Постоянная Авогадро или число Авогадро характеризует число молекул в одном моле вещества. Обозначается латинской буквой N_A. В настоящее время рекомендованное значение числа Авогадро определенно в результате усреднения различных экспериментальных значений и равно

N_A = 6,022 140 82(11)·10²³ моль⁻¹. Данная константа используется в вычислении постоянной Фарадея, которая равна произведению элементарного электрического заряда и числа Авогадро F = e N_A(2).

Постоянная Больцмана определяет связь между энергией и температурой. Обозначается латинской буквой k или kB. В Международной системе единиц постоянная Больцмана равна k=1,38064852(79)*10^-23 Дж/К. Данная константа используется при определении энтропии термодинамической системы, которая определяется как натуральный логарифм от числа всевозможных микросостояний Z, соответствующих данному макроскопическому состоянию S = k lnZ (3). Постоянная Больцмана используется в определении постоянной Стефана-Больцмана, которые не следует путать между собой.

Постоянная Стефана-Больцмана определяет зависимость между мощностью излучения энергии нагретым телом и температурой нагрева. Обозначается греческой буквой σ. В Международной системе единиц постоянная Стефана-Больцмана равна σ=5,670 367(13)*10^-8 Вт·м⁻²·К⁻⁴. Значение данной константы выводится через фундаментальные постоянные:

Используя постоянную Больцмана: Дж·с⁻¹·м⁻²·К⁻⁴ (4), где:

k — постоянная Больцмана;

h — постоянная Планка;

ħ — приведённая постоянная Планка;

с — скорость света в вакууме.

Так как постоянная Больцмана k из уравнения определения универсальной газовой постоянной (1) равно k = , подставив в первую часть выражения (4), получим: (5), где:

R  универсальная газовая постоянная;

N_A– число Авогадро.

Постоянная Фарадея определяет соотношение между химическими и физическими свойствами вещества. Обозначается латинской буквой F. В Международной системе единиц постоянная Фарадея равна F = 96485, 33289(59) Кл/моль. Входит в состав второго закона Фарадея (закона электролиза): , где:

m — масса осаждённого на электроде вещества,

Q — полный электрический заряд, прошедший через вещество;

F — постоянная Фарадея,

M — молярная масса вещества;

z — валентное число ионов вещества.

Определяется также по формуле (2), которая уже была указана выше F = e N_A, где:

е – элементарный электрический заряд;

N_A– число Авогадро.

Постоянная Планка – фундаментальная постоянная, равная энергии кванта электромагнитного излучения, деленной на частоту этого излучения. Обозначается латинской буквой h. В Международной системе единиц постоянная Планка равна h = 6,626 070 040(81)*10^-34 Дж·c. Названа в честь Макса Планка – основоположника квантовой физики. Постоянная Планка связывает традиционную и квантовую системы единиц. Используется во многих формулах квантовой механики. Также часто используется величина .

Список использованной литературы

1. Боровская Л.В. Физколлоидная химия (электронный учебно-методический комплекс) // Международный журнал экспериментального образования. – 2009. – № 4. – С. 9-0;

2. Физическая химия Учебник для ВУЗов, Зимон А.Д., 2006г.

3. Физическая химия, Стромберг А.Г., 2009г.

Код для цитирования: Скопировать