Il Numero di Avogadro

C’è un numero molto famoso in chimica, talmente importante che ogni chimico dovrebbe conoscerlo a memoria. No, non si tratta della carica dell’elettrone, né di quella del protone. Non è nemmeno un valore di massa molecolare o atomica. Il numero di cui parlo è il numero di Avogadro: un numero enorme, il cui valore approssimato è 6,022 × 10²³.

Questa costante prende il nome di costante di Avogadro e viene utilizzata nella definizione della mole, unità di base del Sistema Internazionale. Ed è, probabilmente, l'unità più utilizzata in chimica, perché i chimici ragionano in moli.

Utilizzando la costante di Avogadro, possiamo calcolare quante molecole o atomi sono presenti in una determinata quantità di sostanza. Questo è fondamentale per collegare il mondo microscopico degli atomi al mondo macroscopico che possiamo osservare con i nostri occhi.

Ma quanto sappiamo davvero di Avogadro? Chi era? E se vi dicessi che non è stato lui a scoprire questo numero? Com’è andata, davvero, dal punto di vista storico?

Chi era Amedeo Avogadro?

Il suo nome completo era Lorenzo Romano Carlo Amedeo Avogadro di Quaregna e Cerreto. Nacque a Torino il 9 agosto 1776, in una famiglia appartenente all’antica nobiltà piemontese. Sua madre si chiamava Anna Vercellone di Biella, mentre il padre, Filippo Avogadro, era conte di Quaregna e Cerreto.

Per volontà del padre, Amedeo si laureò in giurisprudenza nel 1796 e iniziò a lavorare come avvocato ecclesiastico. Tuttavia, era fortemente attratto dalle scienze esatte, che coltivava come hobby insieme al fratello Felice.

Presto decise di abbandonare la carriera giuridica per dedicarsi completamente alla scienza, e nel 1809 divenne professore di matematica e fisica al Reale Liceo di Vercelli.

Questa scelta dimostra già una grande elasticità mentale, e una certa determinazione: nonostante la sua posizione privilegiata, Avogadro decise di sfruttare la sua condizione agiata per formarsi seriamente e contribuire alla scienza.

Durante la sua permanenza a Vercelli, scrisse una memoria in cui formulò un’ipotesi rivoluzionaria, oggi nota come “Legge di Avogadro”.

La legge di Avogadro

"Volumi uguali di gas diversi, nelle stesse condizioni di temperatura e pressione, contengono lo stesso numero di molecole."

Con questa frase, Avogadro affermava che le relazioni tra le masse di volumi identici di gas diversi corrispondono alle masse molecolari relative. Di conseguenza, era possibile calcolare le masse molecolari a partire dalla massa dei gas. Semplice oggi, rivoluzionario all’epoca.

Prima della sua intuizione, c’era molta confusione tra atomi, molecole e gas. Avogadro fu tra i primi a distinguere chiaramente atomi e molecole, e a capire, ad esempio, che il gas idrogeno non è costituito da atomi singoli, ma da molecole biatomiche.

Il problema? Nessuno gli diede retta.

La sua vita accademica e politica

Nel 1820 ottenne la prima cattedra di matematica e fisica all’Università di Torino, ma nel 1822 la perse per motivi politici. Avogadro partecipò infatti ai moti rivoluzionari del 1821 contro il re di Sardegna, e ciò gli costò la posizione.

La cattedra fu ripristinata solo nel 1832, ma assegnata inizialmente a Augustin-Louis Cauchy, celebre matematico francese, che però la abbandonò. Così, nel 1834, Avogadro poté tornarvi, mantenendo l’incarico fino al 1850.

Introdusse inoltre in Piemonte il sistema metrico decimale, in qualità di presidente della commissione per i pesi e le misure.

Sposò Felicita Mazzè, con cui ebbe sei figli. Alla morte del fratello maggiore Giuseppe, nel 1787, acquisì il titolo di conte. Fu un uomo modesto, un ottimo insegnante e lavorò in una sorta di isolamento scientifico, motivo per cui le sue idee non furono valorizzate durante la sua vita.

Morì il 9 luglio 1856, nella sua amata Torino.

Il riconoscimento postumo

La sua teoria fu pubblicata nel 1811 sul Journal de Physique, ma non fu accettata immediatamente dalla comunità scientifica. Solo con gli studi di Gerhardt, Laurent e Williamson sulla chimica organica si cominciò a capire che la legge di Avogadro era essenziale per spiegare le masse molecolari dei gas.

Tuttavia, alcune eccezioni nei risultati sperimentali – causate da fenomeni di ionizzazione o dissociazione – crearono ulteriore confusione.

Il punto di svolta arrivò nel 1860, durante il primo congresso internazionale di chimica a Karlsruhe, in Germania. Lì, il chimico italiano Stanislao Cannizzaro difese con vigore la legge di Avogadro e presentò un metodo chiaro per determinare le masse molecolari e atomiche, basandosi sul suo principio.

Fu proprio grazie a Cannizzaro che la comunità scientifica capì finalmente la portata rivoluzionaria dell’ipotesi di Avogadro.

Un ponte tra Dalton, Gay-Lussac e Avogadro

Il concetto di atomo non era nuovo: già nel V secolo a.C., Democrito di Abdera parlava di “atomi” come particelle indivisibili della materia. Nel 1803, John Dalton – fisico inglese – riprese l’idea, affermando che ogni elemento è formato da atomi di un solo tipo, e formulò la Legge di Dalton:

“Quando due elementi si combinano fra loro per formare più di un composto, le quantità in massa di uno che si combinano con una quantità fissa dell’altro stanno tra loro in rapporti esprimibili mediante numeri interi e piccoli.”

Un esempio: quando l’idrogeno si combina con l’ossigeno per formare acqua:

2H₂ + O₂ → 2H₂O,

1 g di idrogeno si combina con 8 g di ossigeno.

Ma Dalton non conosceva il perossido di idrogeno (H₂O₂), e quindi ipotizzò erroneamente che la formula dell’acqua fosse HO.

Nel 1810, Gay-Lussac studiò la variazione dei volumi dei gas e formulò la sua legge dei volumi:

“Se due gas reagiscono per formare un composto gassoso, i rapporti tra i volumi dei reagenti e del composto sono numeri interi.”

Dalton non accettò questa legge, ma Avogadro riuscì a unificare le idee di Dalton e Gay-Lussac, mostrando che volumi uguali di gas, nelle stesse condizioni, contengono lo stesso numero di molecole.

Il numero di Avogadro, 6,022 × 10²³, è oggi una costante fondamentale della chimica, usata per connettere la quantità macroscopica di una sostanza al numero reale di particelle che la compongono.

Ma il suo valore non fu calcolato da Amedeo Avogadro in persona. La costante gli fu dedicata in suo onore, per il ruolo cruciale che ebbe nel chiarire la natura delle molecole e nel fondare una nuova visione della materia.

Avogadro non fu un semplice scienziato, ma un visionario, che seppe guardare oltre i limiti della sua epoca, lasciando un’impronta indelebile nella storia della scienza.