Jean Baptiste Perrin analizuje postawioną wiele lat wcześniej hipotezę Avogadro. Mikroskop, którego używa, charakteryzuje się dużym powiększeniem. Ma dwa szkiełka. Jedno nakrywkowe, o grubości jednej dziesiątej milimetra, drugie podstawowe. Bierze do ręki szkiełko podstawowe, nakłada na nie nieprzezroczystą folię z małym otworem i ostrożnie umieszcza tam kroplę emulsji gumiguty. Przykrywa szkiełkiem nakrywkowym, uszczelnia parafiną. Oświetla preparat przez piętnaście sekund. Szybko dokonuje pomiarów. Próbuje określić liczbę drobin w kropli olejku rozproszonego w roztworze. Bada na różnych głębokościach wnętrza preparatu. Powtórne obliczenia. Jean Baptiste Perrin wkrótce ogłosi słuszność wcześniej określonego wzoru. Zapisuje dokładnie na końcu kartki: w przybliżeniu 6,021⋅10²³ oraz datę: 1908 rok. Przez kilkadziesiąt lat uważano, że to jedynie hipoteza. Nie jest jego własnością, być może dlatego uzyskany wzór określa na cześć swojego inicjatora – liczbą Avogadro.

Lorenzo Romano Amedeo Carlo Avogadro był prawnikiem. Urodził się w Turynie. Nie posługiwał się wszystkimi imionami, dlatego znamy go jako Amedeo Avogadro. Przypuszcza się, że jego nazwisko miało początek w określeniu De Advocatis, ponieważ przodkowie tego rodu sprawowali różne funkcje prawnicze. Sam Amedeo Avogadro obronił doktorat z prawa kanonicznego, po czym rozpoczął pracę w tym zawodzie. Jego prawdziwą pasją były nauki ścisłe. Pobierał prywatne lekcje, dokształcał się na podstawie lektur, prowadził również eksperymenty. Notatki przesyłał do Akademii Nauk w Turynie. W 1804 roku porzucił karierę prawniczą i rozpoczął pracę jako nauczyciel fizyki w liceum w Vercelli. Właśnie w tym czasie stworzył swoją hipotezę, według której „jednakowe objętości różnych gazów, znajdujących się w tej samej temperaturze i pod tym samym ciśnieniem, zawierają jednakowe liczby cząsteczek”. W swoich notatkach pisał jeszcze, że „(…) ilościowe proporcje substancji w związkach wydają się zależeć wyłącznie od liczby molekuł, które się wiążą i od liczby molekuł złożonych, które powstają.” Przypuszczał, że „molekuły składowe jakiegokolwiek prostego gazu nie są utworzone z odosobnionych molekuł pierwiastkowych, lecz są złożone z pewnej liczby tych molekuł zespolonych przyciąganiem, by utworzyć pojedynczą molekułę.” Hipoteza nie została ani zauważona, ani skomentowana.

W 1820 roku został profesorem fizyki matematycznej na uniwersytecie w Turynie. Była to pierwsza profesura w tej dziedzinie. Za sprawą tak zwanych rządów silnej ręki króla Karola Feliksa, uniwersytet w Turynie został zamknięty w 1822 roku. Avogadro wrócił do zawodu prawnika. Kiedy zmarł w 1856 roku, opublikowano o nim tylko kilka informacji w prasie naukowej. Nigdy nie przejmował się brakiem reakcji na swoje dokonania. Poświęcał się nauce i eksperymentom bezgranicznie. Powody były co najmniej dwa. „Po pierwsze, odgrywała tu rolę czysta ciekawość i pasja poznawcza”. Po drugie, sprawa jego hipotezy „miała wiele aspektów praktycznych, z których wystarczy wymienić trzy: ustalanie wzorów związków chemicznych, obliczanie wyników analiz oraz określanie ilości substancji używanych do celów eksperymentalnych i przemysłowych”.

Co łączy Amedeo Avogadro ze współczesną definicją pojęcia mol?

Mol jest jedną z siedmiu podstawowych jednostek SI, a jego współczesna definicja odnosi się właśnie do liczby Avogadro. Jeden mol definiuje liczność materii układu, zawierającego 6,02214076 ∙ 10²³ określonych indywiduów elementarnych. Może to być atom, cząsteczka, jon, elektron, każda inna cząstka lub danego rodzaju grupa cząstek.

Pomiary dokonane przez Perrina były obarczone niepewnością, co w praktyce oznaczało, że otrzymał niedokładne wartości danych. Jak wiemy, liczba Avogadro zaczynała się od 6,021 ∙ 10²³, a kolejne cyfry zmieniły się dopiero wtedy, gdy metody pomiarowe stawały się coraz dokładniejsze.

Jak wyznaczono dokładnie liczbę Avogardo?

Od połowy XX wieku naukowcy zaczęli określać liczbę Avogadro na podstawie krzemu, biorąc pod uwagę objętość molową kryształu krzemu i dzieląc ją przez objętość atomową krzemu. Problemem był jednak fakt, że naturalny krzem zawierał trzy izotopy: krzem-28, krzem-29 i krzem-30, każdy o innej objętości molowej, a krzem naturalny stanowił jedynie 92% izotopu krzemu-28. Rok 1974 to moment, gdy Instytut Standaryzacji i Technologii (NIST) podjął próbę wyznaczenia liczby Avogadro przy użyciu naturalnego kryształu krzemu. Wówczas niepewność pomiarowa wahała się wokół 1 ppm.

Czy to była ostateczna wartość, jaką udało się naukowcom osiągnąć?

Pod koniec lat 90 powołano Międzynarodowy projekt Avogadro, którego celem było tworzenie kulistych kryształów wzbogaconych izotopem krzemu-28 i dokonywanie pomiarów jego sieci krystalicznej za pomocą interferometrii rentgenowskiej. Tym samym liczba Avogadro miała być wyznaczona ze względną niepewnością, mniejszą niż 0,02 ppm. Według naukowców kluczem do sukcesu miało być uczynienie krzemu tak czystego jak to tylko możliwe. Efektem wielu prac, rosyjscy naukowcy wyprodukowali izotop krzemu-28 o czystości 99,9995%. Oznaczało to, że tylko jeden atom na sto milionów był nieprawidłowy. W ten sposób dopiero w 2015 roku został opublikowany kolejny wynik 6,022 140 76 ∙ 10²³, odpowiadający wartości określonej przez fizyków ze względną niepewnością 0,02 ppm. Tym samym cel został wreszcie osiągnięty.

Zapewne nikt nie byłby bardziej zafascynowany krzemem i jego rolą w próbach przedefiniowania Międzynarodowego Systemu Jednostek SI niż Amedeo Avogadro. Pomimo faktu, że uczony ostatecznie przecież nie zdefiniował pojęcia mol, możemy mu podziękować za bycie ważną częścią tej koncepcji.