L`esperimento di Avogadro
annuncio pubblicitario
L'esperimento di Avogadro Amedeo Avogadro (Torino 1776 - 1856), conte di Quaregna, è stato un uomo sicuramente geniale per essere riuscito a risolvere un problema complicato in maniera semplice ed elegante con un'attrezzatura elementare. Il problema in questione era determinare le dimensioni, il numero ed il peso delle molecole così da offrire un sostegno in più alla dimostrazione di Dalton sull'esistenza degli atomi. In effetti Dalton aveva argomentato che gli atomi esistono solo in base al principio di semplicità essendo che qualsiasi altra spiegazione riguardo l'evidenza sperimentale delle proporzioni multiple risultava quantomeno "farraginosa" per non dire di peggio. Tutto è iniziato dall'osservazione di una goccia d'olio che galleggia sull'acqua e Avogadro si è chiesto come mai questa goccia non si spandesse più che tanto (figura 1 in cui la linea rappresenta il pelo dell'acqua). 1 La sua idea è stata che le molecole, rappresentate in figura dai puntini, rimanessero "accatastate" le une sulle altre e che la goccia d'olio avrebbe avuto la sua massima espansione superficiale se queste molecole si fossero disposte l'una a fianco dell'altra, come mostrato in figura 2, cioè la goccia sarebbe dovuta diventare una macchia più vasta possibile. 2 Il pelo dell'acqua era una superficie ideale per far espandere una goccia giacché è perfettamente piano e non da' attrito, rimaneva il problema di far "affiancare" tra loro le molecole di una sostanza, scelta ovviamente tra quelle liquide non solubili in acqua. Avogadro scelse l'acido oleico e per far sì che le sue molecole si affiancassero lo diluì ben diecimila volte in etere etilico che ha il pregio di evaporare, e quindi allontanarsi, in fretta. In figura 3 si vedono le due situazioni, prima e dopo l'espansione della goccia, essendo i cerchi esterni niente altro che il catino pieno d'acqua visto dall'alto. 3 Dal punto di vista geometrico la macchia grande altro non è che un cilindro dall'altezza h molto minore del diametro d e questa altezza si può calcolare invertendo la formula del volume. Vcilindro = ¼pd2h h= 4Vcilindro/(pd2) Avogadro sapeva bene il valore di V perchè era anche il volume della goccia di acido oleico che lui stesso aveva messo sull'acqua con una pipetta tarata o meglio era il volume della soluzione d'etere misurato con la pipetta diviso diecimila. Riguardo il diametro il lettore può ben immaginare che la macchia grande che si forma non sia un cerchio perfetto, però il valore del diametro d si può stimare facendo una media tra molte prove sperimentali. Rifacendo i conti di Avogadro ma utilizzando le moderne unità di misura si trova Vacido oleico puro = 1,0010-4 cm3 Vgoccia= 1,00 cm3 h=41,0010-4/(p102) dmacchia = 10 cm h= 1,2710-6 cm Quest'ultimo valore è molto piccolo, una macchia di acido oleico così sottile risulta invisibile e allora un lettore attento si chiederà come sia riuscito Avogadro a misurarne il diametro. La risposta è che egli ha sparso sull'acqua del catino del polline di licopodio, una felce che cresce in Piemonte, polline che è stato spostato dall'acido oleico rendendo visibile il confine della macchia. Dunque, seguendo il ragionamento di Avogadro, supponendo sferica una molecola di acido oleico si ha che 1,2710-6 cm ne sia il diametro e allora il suo volume risulta Vmolecola = pd3/6 Vmolecola = 1,110-18 cm3 In 1,0010-4 cm3 di acido oleico puro ci sono allora 1,0010-4 /1,110-18 =9,31013 molecole circa. Quei 1,0010-4 cm3 d'acido pesano 8,510-5 grammi e allora una sua molecola peserà 8,510-5/9,31013 = 9,110-19 grammi, un valore estremamente piccolo. Facendo il reciproco si ottiene che in un grammo di acido oleico ci sono circa 1,11018 molecole. Immaginando forme diverse dalla sferica ovviamente il numero di molecole cambia ma l'ordine di grandezza rimane lo stesso. Tutto questo circa 190 anni fa, le misure moderne sostanzialmente confermano i calcoli di Avogadro. Niente male per chi ha usato un catino, una pipetta ed un righello. Utilizzando un principio fisico che porta il suo nome, Avogadro ha calcolato anche quanti atomi di idrogeno ci sono in un grammo di esso ovvero 6,0221023 giustamente chiamato numero di Avogadro. È definita MOLE la quantità di sostanza che contiene un numero di Avogadro di molecole.
