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Aufgabe

AVOGADRO-Konstante aus Siliziumkristall

Schwierigkeitsgrad: leichte Aufgabe

Die AVOGADRO-Konstante kann durch sehr genaue Messung der Gitterkonstanten eines Kristalls gewonnen werden. Ein sehr genauer Wert der Gitterkonstanten \(a\) ist z.B. beim Silizium-Einkristall bekannt. Die Elementarzelle von Silizium sind Würfel der Kantenlänge \({a = 5{,}4311 \cdot {{10}^{ - 10}}\,{\rm{m}}}\).

Auf jede Elementarzelle treffen rechnerisch 8 Siliziumatome. Die Dichte von Silizium ist \({{\rho _{{\rm{Si}}}} = 2{,}3290\,\frac{{\rm{g}}}{{{\rm{c}}{{\rm{m}}^{\rm{3}}}}}}\).

Berechne die AVOGADRO-Konstante unter Benutzung obiger Angaben.

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Die Masse eines Kilomols Silizium ist die relative Atommasse in Kilogramm und ist gleich der AVOGADRO-Konstanten multipliziert mit der Masse eines Siliziumatoms:
\[{m_{{\rm{rel,Si}}}}{\rm{kg}} = {N_A} \cdot {m_{{\rm{Atom,Si}}}} \Leftrightarrow {N_A} = \frac{{{m_{{\rm{rel,Si}}}}{\rm{kg}}}}{{{m_{{\rm{Atom,Si}}}}}} \quad(1)\]
Die Masse der 8 in der Elementarzelle vorhandenen Atome ergibt sich aus dem Würfelvolumen der Elementarzelle multipliziert mit der Dichte:
\[8 \cdot {m_{{\rm{Atom,Si}}}} = {a^3} \cdot {\rho _{{\rm{Si}}}} \Leftrightarrow {m_{{\rm{Atom,Si}}}} = \frac{{{a^3} \cdot {\rho _{{\rm{Si}}}}}}{8}\quad(2)\]
Aus \((1)\) und \((2)\) ergibt sich \[{N_A} = \frac{{{m_{{\rm{rel,Si}}}}{\rm{kg}}}}{{\frac{{{a^3} \cdot {\rho _{{\rm{Si}}}}}}{8}}} = \frac{{{m_{{\rm{rel,Si}}}}{\rm{kg}} \cdot {\rm{8}}}}{{{a^3} \cdot {\rho _{{\rm{Si}}}}}}\]
Einsetzen der gegebenen Werte liefert \[{N_A} = \frac{{28{,}086 \cdot 1{,}66 \cdot {10^{-27}} {\rm{kg}} \cdot {\rm{8}}}}{{{{\left( {a = 5{,}4311 \cdot {{10}^{ - 10}}{\rm{m}}} \right)}^3} \cdot {\rho _{{\rm{Si}}}} = 2{,}3290 \cdot {{10}^3}\,{{\rm{kg}}}}} = 6{,}022 \cdot {10^{26}}\,\frac{{\rm{1}}}{{{\rm{mol}}}}\]

Grundwissen zu dieser Aufgabe

Wärmelehre

Kinetische Gastheorie