El número de Avogadro

Hoy vamos a hablar de Avogadro y su número:

Número de Avogadro ¿Qué es?

Desde la revisión efectuada en la 26ª CGPM celebrada en el año 2018 la constante de Avogadro (símbolos: L, N_A) tiene un valor exacto definido como 6,022 140 76 ×10²³ mol⁻¹. El número de Avogadro (símbolo: N₀) es 6,022 140 76 ×10²³.

$1mol={\frac {6,02214076\times 10^{23}}{N_{A}}}$

1. La constante de Avogadro es el factor de proporcionalidad entre el número de entidades elementales y la cantidad de sustancia, Al dividir el número de entidades elementales, cualesquiera que sean, entre la constante de Avogadro se obtiene la cantidad de sustancia. Así, por ejemplo:

2. Definiciones anteriores de cantidad química involucraron el número de Avogadro, un término histórico íntimamente relacionado con la constante de Avogadro pero definida de otra forma: inicialmente definido por Jean Baptiste Perrin como el número de átomos en un mol de hidrógeno. Luego fue redefinido como el número de átomos en 12 gramos del isótopo carbono-12 y posteriormente generalizado para relacionar cantidades de sustancias a sus pesos moleculares.² Por ejemplo, de forma aproximada, 1 gramo de hidrógeno, que tiene un número másico de 1, contiene 6,022 × 10²³ átomos de hidrógeno, es decir, más de seiscientos mil trillones de átomos. De igual manera, 12 gramos de carbono-12 (número másico 12) contienen el mismo número de átomos, 6,02214 × 10²³. El número de Avogadro es una magnitud adimensional y tiene el valor numérico de la constante de Avogadro, que posee unidades de medida.

3. La constante de Avogadro es fundamental para entender la composición de las moléculas y sus interacciones y combinaciones. Por ejemplo, ya que un átomo de oxígeno se combinará con dos átomos de hidrógeno para crear una molécula de agua (H₂O), de igual forma un mol de oxígeno (6,022 × 10²³ átomos de O) se combinará con dos moles de hidrógeno (2 × 6,022 × 10²³ átomos de H) para crear un mol de H₂O.

La constante de Avogadro debe su nombre al científico italiano de principios del siglo XIX Amedeo Avogadro, quien, en 1811, propuso por primera vez que el volumen de un gas (a una determinada presión y temperatura) es proporcional al número de átomos, o moléculas, independientemente de la naturaleza del gas. El físico francés Jean Perrin propuso en 1909 nombrar la constante en honor de Avogadro. Perrin ganó en 1926 el Premio Nobel de Física, en gran parte por su trabajo en la determinación de la constante de Avogadro mediante varios métodos diferentes.

El valor de la constante de Avogadro fue indicado en primer lugar por Johann Josef Loschmidt que, en 1865, estimó el diámetro medio de las moléculas en el aire por un método equivalente a calcular el número de partículas en un volumen determinado de gas. Este último valor, la densidad numérica de partículas en un gas ideal, que ahora se llama en su honor constante de Loschmidt, es aproximadamente proporcional a la constante de Avogadro. La conexión con Loschmidt es la raíz del símbolo L que a veces se utiliza para la constante de Avogadro, y la literatura en lengua alemana puede referirse a ambas constantes con el mismo nombre, distinguiéndolas solamente por las unidades de medida.

Originalmente se propuso el nombre de «número de Avogadro» para referirse al número de moléculas en una molécula-gramo de oxígeno (exactamente 32 gramos de dioxígeno (antiguamente oxígeno), de acuerdo con las definiciones del periodo),⁹ y este término es aún ampliamente utilizado, especialmente en la introducción de los trabajos. Véase, por ejemplo. El cambio de nombre a «constante de Avogadro» vino con la introducción del mol como una unidad básica separada dentro del Sistema Internacional de Unidades (SI) en 1971, que reconoció la cantidad de sustancia como una unidad independiente. Con este reconocimiento, la constante de Avogadro ya no es un número puro, sino una magnitud física, asociada con una unidad de medida, la inversa de mol (mol^-1) en unidades SI. El cambio de nombre de la forma posesiva «de Avogadro» a la forma nominativa «Avogadro» es un cambio general en práctica desde la época de Perrin para los nombres de todas las constantes físicas. En efecto, la constante es nombrada en honor de Avogadro: no se refiere al propio Avogadro, y habría sido imposible medirla durante la vida de Avogadro.

Los dígitos entre paréntesis al final del valor de la constante de Avogadro se refieren a su incertidumbre estándar (antes de que fuese definida como una constante exacta), concretamente el valor 0,000 000 27×10²³ mol⁻¹. Si bien es raro el uso de unidades de cantidad de sustancia distintas del mol, la constante de Avogadro también se puede definir en unidades como la libra-mol (lb-mol) y la onza-mol (oz-mol).

Relaciones físicas adicionales:

Debido a su papel como factor de escala, la constante de Avogadro establece un vínculo entre una serie de útiles constantes físicas cuando nos movemos entre la escala atómica y la escala macroscópica. Por ejemplo, establece la relación entre:

Medida: Coulombimetría

El primer método preciso de medir el valor de la constante de Avogadro se basaba en la coulombimetría. El principio consiste en medir la constante de Faraday, F, que es la carga eléctrica transportada por un mol de electrones, y dividir por la carga elemental, e, para obtener la constante de Avogadro.

$N_{\rm {A}}={\frac {F}{e}}$

El experimento clásico es el de Bowers y Davis en el NIST, y se basa en la disolución de la plata del ánodo de una celda electrolítica, al pasar una corriente eléctrica constante I durante un tiempo conocido t . Si m es la masa de plata perdida por el ánodo y A_r el peso atómico de la plata.

$F={\frac {A_{\rm {r}}M_{\rm {u}}It}{m}}$

Los investigadores del NIST desarrollaron un ingenioso método para compensar la plata que se perdía desde el ánodo por razones mecánicas, y realizó un análisis isotópico de su plata para determinar el peso atómico apropiado. Su valor para la convencional constante de Faraday es: F₉₀ = 96485,309 C/mol, que corresponde a un valor para la constante de Avogadro de 6,0221367·10²³ mol⁻¹: ambos valores tienen una incertidumbre estándar relativa de 1.3. 10^-6.

Conclusión

Podéis encontrar mucho más sobre esta ciencia en el Glosario de la Química y muchos científicos destacados de la misma y de otras ramas. Que la ciencia y la fuerza os acompañe.

Artículo escrito por Ana María Morón Usero o Ammu.

Gracias por leer, que la ciencia y la fuerza os acompañe

$F$	Constante de Faraday	96485.3383(83)	C / mol	$F=e\,N_{\rm {A}}$
$R$	Constante de los gases	8.314472(15)	J / (mol K)	$R=k_{\rm {B}}N_{\rm {A}}$
$m_{\rm {u}}$	Constante de masa atómica	1.660538782(83)E-27	g	$m_{\rm {u}}={\frac {M_{\rm {u}}}{N_{\rm {A}}}}$
$N_{\rm {A}}$	Constante de Avogadro	6.022140857(62)E²³	mol^-1
$e$	Carga elemental	1.602176565(35)E⁻¹⁹	C
$k_{\rm {B}}$	Constante de Boltzmann	1.380649E-23	J / K
$M_{\rm {u}}$	Constante de masa molar	1	g / mol