¿Qué es la constante de Avogadro y cómo define la cantidad de materia?
Descubre qué es la constante de Avogadro, su valor exacto establecido por el SI, su historia y los métodos científicos utilizados para medirla.
En pocas palabras
- La constante de Avogadro tiene un valor exacto definido de 6,02214076 x 10^23 mol^-1 desde la revisión del SI en 2018.
- El físico francés Jean Perrin propuso nombrar la constante en honor al científico italiano Amedeo Avogadro.
- Establece la relación matemática directa entre las escalas atómicas y macroscópicas vinculando constantes como la de Boltzmann y la de Faraday.
¿Qué es la constante de Avogadro y cómo define la cantidad de materia?
La constante de Avogadro es una de las constantes fundamentales de la física y la química que establece el factor de proporcionalidad entre el número de entidades elementales, como átomos o moléculas, y la cantidad de sustancia expresada en moles. Desde el año 2018, la Conferencia General de Pesas y Medidas definió su valor exacto en $6,02214076 \times 10^{23} \text{ mol}^{-1}$. Esta magnitud permite tender un puente fundamental entre el mundo microscópico de los átomos y el mundo macroscópico que podemos medir en el laboratorio.
¿Cómo surgió la hipótesis de Amedeo Avogadro en el siglo XIX?
La constante debe su nombre al científico italiano Amedeo Avogadro, Conde de Quaregna y Cerreto, quien en 1811 propuso que el volumen de un gas a una determinada presión y temperatura es proporcional al número de átomos o moléculas, sin importar la naturaleza del gas. Aunque su hipótesis no fue aceptada de inmediato, sentó las bases para que décadas más tarde se relacionara el peso atómico con la cantidad real de partículas. El físico francés Jean Perrin propuso posteriormente nombrar esta magnitud en su honor y determinó sus valores por diversos métodos, logrando el Premio Nobel de Física en 1926.
¿Por qué se modificó la definición de la constante en 2018?
La revisión efectuada en la 26.ª Conferencia General de Pesas y Medidas celebrada en 2018 fijó un valor numérico exacto y sin incertidumbre para la constante de Avogadro. Anteriormente, el valor dependía de mediciones experimentales sujetas a constantes mejoras en la precisión de instrumentos y constantes físicas. Al fijar este valor en $6,02214076 \times 10^{23} \text{ mol}^{-1}$, el Sistema Internacional de Unidades redefinió formalmente el mol como una cantidad exacta de entidades elementales, desvinculándolo de la masa física del prototipo del kilogramo o del carbono-12.
¿Qué diferencia existe entre la constante de Avogadro y el número de Avogadro?
El término número de Avogadro se refiere estrictamente a un número adimensional, es decir, la cifra pura de $6,02214076 \times 10^{23}$, mientras que la constante de Avogadro posee unidades físicas asociadas, específicamente la inversa de un mol ($ ext{mol}^{-1}$). Históricamente, el número de Avogadro se definía como la cantidad de átomos presentes en exactamente 12 gramos del isótopo carbono-12. No obstante, en la actualidad científica moderna, la distinción es clara al tratarse la constante como una magnitud física con dimensiones de recuento por unidad de cantidad de sustancia.
¿Cómo se relaciona la constante de Avogadro con otras constantes físicas?
Como factor de escala universal, la constante de Avogadro conecta de manera directa el ámbito microscópico con el macroscópico a través de diversas ecuaciones de la física. Por ejemplo, relaciona la constante de Faraday ($F$) con la carga elemental ($e$) mediante la fórmula $F = e N_{\text{A}}$. Asimismo, vincula la constante universal de los gases ($R$) con la constante de Boltzmann ($k_{\text{B}}$) a través de la expresión $R = k_{\text{B}} N_{\text{A}}$, y permite calcular la constante de masa atómica a partir de la masa molar.
¿Qué métodos experimentales se emplearon para medir su valor histórico?
Antes de su fijación exacta en 2018, los científicos midieron la constante mediante diversos procedimientos de alta precisión. Entre ellos destacan la coulombimetría —basada en la constante de Faraday y la carga del electrón—, el cálculo a partir de la masa del electrón combinada con la constante de Planck, y el método de la densidad del cristal de rayos X utilizando esferas de silicio puro de alta perfección isotópica y geométrica para determinar el volumen de la celda unidad.
Sources & Further Reading
CODATA Recommended Values of the Fundamental Physical Constants: 2010, P.J. Mohr, B.N. Taylor y D.B. Newell, National Institute of Standards and Technology (NIST), http://physics.nist.gov/cuu/Constants/index.html
Resoluciones adoptadas en CGPM, Versalles 16 de noviembre de 2018, Oficina Internacional de Pesas y Medidas (BIPM), https://www.bipm.org/utils/common/pdf/CGPM-2018/26th-CGPM-Resolutions.pdf
Essai d'une maniere de determiner les masses relatives de molecules elementaires des corps, Amadeo Avogadro, Journal de Physique, 1811.
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