Numero di Avogadro
Il Numero di Avogadro, chiamato così in onore di Amedeo Avogadro e denotato dal simbolo NA, è il numero di elementi contenuti in una mole. Viene formalmente definito come il numero di atomi di carbonio-12 presenti il 0,012 kg di tale sostanza.Anche se definito in termini di carbonio-12, il Numero di Avogadro si applica a qualsiasi materiale. Corrisponde al numero di atomi o molecole necessario a formare una massa pari al peso atomico del materiale (in grammi). Ad esempio, il peso atomico del ferro è 55,847, quindi un Numero di Avogadro di atomi di ferro (ovvero, una mole di atomi di ferro) ha una massa di 55,847 g. Viceversa, 55,847 g di ferro, contengono un Numero di Avogadro di atomi di ferro. Quindi il Numero di Avogadro corrisponde anche al fattore di conversione tra grammi (g) e unità di massa atomica (amu):
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2 Connessione tra massa dei protoni e dei neutroni 3 Il Numero di Avogardo nella vita di tutti i giorni |
Al momento non è tecnologicamente possibile contare il numero esatto di atomi in 0,012 kg di carbonio-12, quindi il valore preciso del Numero di Avogadro è sconosciuto. Il valore raccomandato dal CODATA del 1988 per il Numero di Avogadro è
Valore numerico
dove il numero tra parentesi rappresenta la deviazione standard dell'ultima cifra del valore. A scopo di semplificazione, il Numero di Avogadro viene a volte arrotondato a:
Numerosi metodi possono essere usati per calcolare il Numero di Avogadro. Un metodo moderno è quello di calcolarlo dalla densità di un cristallo, la sua massa atomica relativa e dalla lunghezza della singola cella determinata tramite cristallografia a raggi X. Valori molto accurati di queste quantità sono stati misurati per il silicio al National Institute of Standards and Technology (NIST) e utilizzati per ottenere il valore del Numero di Avogadro.
Un atomo di carbonio-12 consiste di 6 protoni e 6 neutroni (che hanno approssimativamente la stessa massa) e da 6 elettroni (la cui massa è trascurabile al confronto).Si potrebbe quindi pensare che un NA di protoni o neutroni abbia massa 1 grammo. Anche se questo è approssimativamente corretto, la massa di un protone libero è di 1,00727 amu, quindi una mole di protoni ha una massa di 1,00727 g. Similarmente, una mole di neutroni ha massa pari a 1,00866 g. Chiaramente, 6 moli di protoni combinate con 6 moli di neutroni dovrebbero avere massa superiore a 12 g. Ci si potrebbe chiedere quindi come è possibile che una mole di atomi di carbonio-12, che deve consistere di 6 moli di neutroni, 6 di protoni e 6 di elettroni, possa avere una massa di appena 12 g. Cosa ne è della massa in eccesso? La risposta è legata all'equivalenza massa-energia scoperta da Albert Einstein come parte della relatività speciale. Quando si forma un atomo, i protoni e i neutroni nel nucleo sono tenuti assieme dalla forza nuclere forte. Questi legami risultano nella formazione di stati a bassa energia, e sono accompagnati da un grande rilascio di energia. Poichè l'energia è equivalente alla massa, l'energia rilasciata corrisponde a una perdita di massa del nucleo, con rispetto a quella di neutroni e protoni separati. Quindi, protoni e neutroni del nucleo hanno massa inferiore (di circa lo 0,7%) dei neutroni e protoni liberi. L'esatta quantità di massa persa dipende dai legami energetici del nucleo e varia a seconda del tipo di atomo.
Si può quindi dire che NA è approssimatvamente, il numero di neutroni o protoni nucleari che hanno massa 1 grammo. Questa è un'approssimazione perchè la massa precisa dei protoni e neutroni nucleari dipende dalla composizione del nucleo.
Vedi anche: il Giorno della mole
Connessione tra massa dei protoni e dei neutroni
Il Numero di Avogardo nella vita di tutti i giorni
Il Numero di Avogadro spesso sostiene argomenti pratici nella vita reale. Ad esempio, il fatto che un numero finito di atomi sia presente in una data quatità di materiale è una delle ragioni per la critica scientifica dell'omeopatia, nella quale sostanze medicinali sono diluite a un punto tale, che il Numero di Avogadro implica che non ne rimane traccia. Si veda omeopatia per maggiori dettagli su questo dibattito.
