Determinazione sperimentale del Numero di Avogadro

Il numero di Avogadro, cioè il numero di molecole contenute in una mole di un composto, è estremamente grande: eppure con questa esperienza mostreremo come è possibile determinarlo in laboratorio.

Durata: 1 ora

Scopo:

Determinare approssimativamente il numero di Avogadro in laboratorio.

Teoria:

Il numero di Avogadro (6,022 · 10²³)  è il numero di molecole contenute in una mole, cioè una quantità di sostanza la cui massa, in grammi, è uguale alla sua massa molecolare espressa in unità di massa atomica. L'acido oleico (C₁₈H₃₄O₂, massa molare 282,4614 g/mol, densità 0,895 g/mL), se versato in piccolissima quantità su una superficie ferma di acqua, si dispone in una macchia di spessore approssimativamente monomolecolare. Quindi, conoscendo il volume di una goccia di acido oleico, e misurando la superficie della macchia formata dalla goccia, è possibile stimare il diametro delle molecole, e quindi il loro volume, ipotizzandole come prismi a base quadrata. Una volta ottenuto il volume di una molecola, tramite la densità si ricava il volume di una mole, e si stima il numero di Avogadro facendo il rapporto tra i due volumi. Per ottenere gocce sufficientemente piccole, viene utilizzato acido oleico diluito in alcool: l'alcool si scioglie in acqua, mentre l'acido oleico rimane a formare la macchia. Per poter vedere la macchia, la superficie dell'acqua viene cosparsa di polvere di talco.

Materiale:

• Acido oleico 0,05% (volume su volume) in etanolo
  
• Acqua
  
• Polvere di talco (o polvere di licopodio)
  

Strumenti:

• Bacinella
  
• Pipetta da 5 mL
  
• Propipetta
  
• Becher
  
• Righello
  

Procedimento:

1. Riempire la bacinella di acqua
   
2. Cospargere l'acqua di uno strato leggero ma uniforme di talco
   
3. Prelevare con la pipetta 5 mL di acido oleico diluito
   
4. Sgocciolare 1 mL di acido oleico diluito nel becher, goccia a goccia, contando quante gocce sono necessarie per fare 1 mL. Ripetere tre volte e annotare il numero di gocce medio in 1 mL (n_gocce)
   
5. Lasciar cadere una goccia di acido oleico diluito nella bacinella, e misurare il diametro della macchia che si forma. Ripetere più volte e annotare il diametro medio (d_goccia)
   

Risultato:

Dal numero di gocce possiamo trovare il volume di una goccia V_goccia:

Dato che la goccia è formata solo per lo 0,05% di acido oleico (c_{ac oleico}), occorre trovare il volume di acido oleico V_{ac oleico}:

Ipotizzando che la goccia si disponga sulla superficie dell'acqua in un larghissimo cilindro, determiniamo la sua altezza, cioè l'altezza di una molecola d_molecola

Da questa troviamo il volume di una molecola V_molecola, ipotizzandola come prisma a base quadrata, con lato di base uguale a un quarto dell'altezza:

Conoscendo massa molare (MM) e densità (ρ) possiamo trovare il volume di una mole V_mole:

E infine stimare il numero di Avogadro:

E' importante che le unità di misura siano coerenti in tutti i calcoli effettuati!

Il numero ottenuto sarà senza dubbio molto approssimato, se risulta dello stesso ordine di grandezza è già un grande successo.

Commenti

E' possibile anche produrre macchie di dimensioni differenti facendo cadere un numero crescente di gocce nello stesso punto, e verificare la proporzionalità diretta tra numero di gocce e area della macchia.