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Avogadro (numero di)

Vari 

Il concetto di mole fu introdotto dal chimico Wilhelm Ostwald (Riga, 2/9/1853 – Lipsia, Germania, 4/4/1932) nel 1896 e la mole fu definita come la quantità di sostanza di un sistema che contiene un numero di particelle (atomi, ioni, elettroni, molecole) pari al numero degli atomi presenti in 12 grammi dell'isotopo 12 del carbonio.

Tale numero è noto come “numero di Avogadro”, in onore di Amedeo Avogadro (Torino, 9/8/1776 – Torino, 9/7/1856), che nel 1811 formulò un’ipotesi, confermata dopo la sua morte, secondo la quale volumi uguali di gas a condizioni fissate di temperatura e pressione contengono lo stesso numero di molecole.

Il numero di Avogadro è un numero adimensionale. La “costante di Avogadro” è invece il numero di particelle in una mole e ha per dimensione l’inverso di una mole.

 

Nel 1971 la mole fu introdotta nel Sistema Internazionale come grandezza indipendente dalle altre sei fondamentali; fu la settima e ultima grandezza fondamentale aggiunta.

 

Nel 2018 fu deciso di ridefinire tutte le unità di misura delle grandezze fondamentali, in base a costanti fisiche, invece che a campioni. Il chilogrammo, per esempio, fu definito in base alla costante di Plank, invece che tramite un campione fisico, soggetto a deterioramento e più difficile da replicare con esattezza. Tale processo portò a ridefinire la mole a partire dal numero di Avogadro e fissare per quest’ultimo il valore di è 6.02214076 • 1023, valore entrato in vigore ufficialmente il 20/5/2019.

In precedenza il numero di avogadro era oggetto di misura: Bertram Boltwood e Ernest Rutherford ne diedero una prima stima nel 1911 e Jean Perrin ricevette il Nobel per aver misurato approssimativamente il numero di Avogadro nel 1926.

La precedente definizione della mole creava alcuni problemi: in primo luogo legava il numero di Avogadro all’unità di misura di massa, in secondo luogo creava una pericolosa ambiguità, perché 12 grammi di carbonio-12 in laboratorio non sono una mole esatta, ma leggermente di più. Nel 1980, infatti, la definizione di mole è stata precisata, affermando che si riferisce a 12 grammi di atomi di carbonio isolati, ma in laboratorio si possono avere praticamente solo atomi di carbonio legati a formare composti, come diamante, grafite e fullereni, e l’energia dissipata nel formare i legami riduce leggermente la massa, aumentando il numero di atomi necessari per raggiungere i fatidici 12 grammi. Atomi isolati si possono avere in gas monoatomici, ma ciò comporta o temperature altissime, o lavorare con atomi diversi, dei quali bisogna poi misurare la massa atomica in rapporto al carbonio.

 

Vi furono varie definizioni del numero di Avogadro, sempre con l’obbiettivo di definire la mole come la quantità di sostanza pari al numero di Avogadro di particelle:

  • nel 2009 lo IUPAC fissò il numero di Avogadro a 6.02214179 • 1023;

  • l’anno successivo il Sistema Internazionale propose 6.02214 • 1023;

  • nel 2011 lo IUPAC approvò quest valore;

  • nel 2013 la bozza della proposta per la definizione del SI dava 6.02214129 • 1023;

  • nel 2015 un resoconto tecnico dello IUPAC dava 6.022140857 • 1023;

  • nel 2017 lo IUPAC raccomandava 6.02214076 • 1023, valore definitivamente fissato nel SI durante la conferenza del novembre 2018.

L’intento era naturalmente di mantenere la nuova definizione di mole quanto più vicina possibile alla precedente e i differenti valori derivano da misure di precisione sempre maggiore. Ora il numero di Avogadro ha quindi cessato d’essere oggetto di misure ed è definitivamente fissato come numero intero.

 

Il metodo che permise di fissare il valore era stato originariamente pensato per dare una nuva definizione dell’uità di massa; perse la competizione con la bilancia di Kibble per questo scopo, ma si rivelò efficacissimo nella determinazione del numero di Avogadro. All’istituto nazionale tedesco di pesi e misure Frank Härtig creò sfere di silicio-28 di incredibile precisione, misurandone il volume com metodi interferometrici; Robert Vocke e Savelas Raab all’ U.S. National Institute of Standards & Technology determinarono la struttura del cristallo di silicio con la spettrometria di massa e le due misure insieme permisero di fatto di “contare” gli atomi di silicio contenuti nelle sfere con enorme precisione.

 

Per avere un’idea della grandezza del numero di Avogradro, 6022140760000000000000000000000000, si può considerare che un tal numero di palle da tennis (ovvero una mole di palle da tennis) ricoprirebbe la Terra con una coltre spessa circa 50 km o che l’ordine di grandezza delle molecole di una mole d’acqua (18 g circa d’acqua, vale a dire meno di una tazzina) è all’incirca quello del numero di analoghe tazzine d’acqua nell’Oceano Atlantico.

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