Avogadro, Amedèo, cónte di Quarégna e Cerétto
Indice
Biografia
Fisico e chimico (Torino 1776-1856). Dopo aver conseguito la laurea in giurisprudenza, si interessò alla matematica e alla fisica, particolarmente ai rapporti tra l'elettricità e la chimica, pubblicando nel 1809 una memoria in cui spiegava le affinità chimiche con modelli elettrici. Nello stesso anno ottenne la nomina a professore di fisica al Regio Collegio di Vercelli e, nel 1814, all'Università di Torino. Il suo nome resta legato al principio fondamentale della fisica e chimica dei gas che, esposto nel 1811 e ripreso da A. M. Ampère nel 1814, conteneva le basi assiomatiche della chimica moderna: la differenza tra atomo e molecola, il concetto che le reazioni chimiche avvengono tra molecole, la possibilità di misurare il peso molecolare dei gas riferendosi a un campione prescelto. Tuttavia, sia per la forma in cui fu esposta, sia per le difficoltà incontrate nella sua verifica sperimentale, la legge di Avogadro rimase a lungo ignorata od osteggiata, fino alla riformulazione data nel 1858 da S. Cannizzaro.
Principio o legge di Avogadro
Nella sua formulazione originaria, riguardante i gas, il principio di Avogadro è stato enunciato nella forma: “volumi uguali di gas, nelle stesse condizioni di temperatura e di pressione, contengono lo stesso numero di molecole”. Ossia, alla stessa temperatura e pressione, un litro di ossigeno contiene un numero di molecole di ossigeno uguale al numero di molecole di azoto contenute in un litro di azoto, o di molecole di cloro contenute in un litro di cloro ecc. Sulla base di questo principio è evidente che, se per esempio un certo volume di ossigeno pesa 16 volte un volume di idrogeno preso alla stessa pressione e temperatura, una molecola di ossigeno avrà un peso di 16 volte superiore a quello di una molecola di idrogeno. Tuttavia, il principio di Avogadro risulta rigorosamente valido solo per i gas perfetti, ossia per i gas che si immaginino costituiti da molecole puntiformi e tra le quali non interagiscono forze attrattive o repulsive. Ora, i gas reali, ossia i gas che in pratica si osservano, si discostano da questa ipotesi esemplificativa in misura diversa che dipende dalla natura delle loro molecole, dalla temperatura e dalla pressione alla quale si trovano; ne deriva che i gas reali seguono solo approssimativamente il comportamento previsto dal principio di Avogadro. Nella maggior parte dei casi, in particolare quando il gas si trova lontano dal suo punto di condensazione e la sua pressione non è troppo elevata, le deviazioni dal comportamento di gas perfetto risultano in pratica modeste, per cui il principio di Avogadro può venire applicato con un'approssimazione sufficiente per la maggior parte dei casi pratici. Estendendo le stesse considerazioni alle soluzioni, le molecole disciolte, supponendo che esse non interagiscano con quelle del solvente, possono assimilarsi a quelle di un gas che si muovano liberamente nel vuoto: anche in questo caso, possono immaginarsi soluzioni ideali, che assolvono alle condizioni prima descritte per il gas perfetto. Alla pressione deve sostituirsi per le soluzioni la pressione osmotica. Nelle soluzioni reali, però, si hanno deviazioni dal comportamento di quelle ideali, che risultano di entità rilevanti in particolare per gli elettroliti.
Numero di Avogadro
Numero di molecole contenute in una grammomolecola, cioè in una quantità in grammi, di ciascuna sostanza, pari al valore numerico del peso molecolare della sostanza stessa. È indicato generalmente con il simbolo N. Sono stati utilizzati una quindicina di metodi indipendenti per valutare il numero N e l'aver trovato risultati concordanti, entro i limiti degli errori sperimentali, è la prova migliore della realtà dell'ipotesi atomica. In tal senso l'importanza di questo numero consiste nel rappresentare la chiave per il passaggio dalla sfera dei fenomeni macroscopici a quella degli atomi. Fra i vari metodi ricordiamo: A) metodo della misura della ripartizione verticale di un'emulsione costituita da un solvente e da una sostanza emulsionata in particelle che si distribuiscono nell'emulsione in funzione dell'altezza, della densità del soluto e di quella del solvente: dalla misura della misura della concentrazione a due livelli differenti è possibile risalire al valore del numero di Avogadro N (J. Perrin). B) Metodo del moto browniano nel quale si risale al numero di Avogadro dalla misura di ogni spostamento delle particelle solide in una sospensione gassosa (J. Perrin). C) Studio della relazione fra la viscosità di un gas e la velocità di agitazione termica delle molecole (J. Loschmidt). D) Esperienza di Millikan: nota la costante di FaradayF dell'elettrolisi, N=F/e, in cui e è la carica dell'elettrone. E) Determinazione della costante reticolare d di un cristallo, ottenuta sfruttando la diffrazione di raggi X: si valuta N dalla relazione
ove n è il numero delle molecole contenute nella cella unitaria del reticolo, M è la massa della grammomolecola del cristallo considerato, d la costante reticolare, ρ la densità del cristallo, Φ è un fattore geometrico dipendente dal tipo di struttura cristallina. Segnaliamo inoltre la valutazione di N dallo studio dello spettro del corpo nero e dei fenomeni di radioattività. Effettuata una valutazione media dei valori sperimentali di N ricavati con i diversi metodi, si è ottenuto N=6,0248 x 1023; questo valore è stato corretto nel 1963 ottenendo N=6,02252 x 1023 e quindi nel 1969 ottenendo N=6,022169 x 1023.Nei primi anni del sec. XXI, al fine di determinare un nuovo campione di misura della massa, il chilogrammo (kg), sono stati intensificati gli sforzi per disporre di valori sempre più precisi di N. Secondo l'Istituto Nazionale Italiano di Metrologia, il valore più accreditato della costante di Avogadro è 6,02214199(47) x 1023 mol-¹, con un'incertezza relativa di 8 parti su cento milioni. Sono in atto sforzi per ridurre tale incertezza a una sola parte su cento milioni, in modo da fondare la definizione dell'unità di massa sulla costante di Avogadro, cosi come il metro è definito assegnando il valore 299 792 458 m/s alla velocità della luce. È da notare che il valore raccomandato dal Committee on Data for Science and Technology (CODATA) è pari a 6,0221415 x 1023 mol-¹ con un'incertezza standard di 0,0000010 x 1023 mol-¹.