Amedeo Avogadro

Tiempo de lectura estimado: 24 minutos

Amedeo Avogadro, (nombre completo Lorenzo Romano Amedeo Carlo Avogadro, Conde de Quaregna y Cerreto; 9 de agosto de 1776 – 9 de julio de 1856) fue un científico italiano, más conocido por su contribución a la teoría molecular que ahora se conoce como la ley de Avogadro, que establece que volúmenes iguales de gases bajo las mismas condiciones de temperatura y presión contendrán igual número de moléculas.

Amedeo Avogadro (1776 – 1856)
Amedeo Avogadro (1776 – 1856)

En homenaje a él, el número de entidades elementales (átomos, moléculas, iones u otras partículas) en 1 mol de una sustancia, 6,02214076×1023, se conoce como la constante de Avogadro, una de las siete unidades básicas del SI y representada por NA.

Infancia y educación

Avogadro era hijo del conde Filippo Avogadro y de Anna Maria Vercellone. Su padre era un distinguido abogado y funcionario superior que se había convertido en senador de Piamonte en 1768 y había sido nombrado abogado general del senado de Vittorio Amedeo III en 1777. Su posterior e importante labor administrativa le llevó a ser elegido bajo el gobierno francés de 1799 para reorganizar el senado, del que fue nombrado presidente. Amedeo Avogadro recibió su primera educación en su casa, pero fue al instituto de Turín para su educación secundaria.

Procedente de una familia bien establecida como abogados eclesiásticos (el nombre de Avogadro probablemente sea una corrupción de Advocarii), Avogadro fue guiado hacia una carrera jurídica y en 1792 se convirtió en licenciado en jurisprudencia. En 1796 obtuvo su doctorado en derecho eclesiástico y comenzó a ejercer la abogacía.

Carrera como abogado

En 1801 fue nombrado secretario de la prefectura del departamento de Eridano. Avogadro también se interesó por la filosofía natural, y en 1800 comenzó a estudiar matemáticas y física de forma privada. A lo mejor le impresionaron especialmente los recientes descubrimientos de su compatriota Alessandro Volta, ya que las primeras investigaciones científicas realizadas por Avogadro (junto con su hermano Felice) fueron sobre la electricidad en 1803.

En 1806 fue nombrado demostrador en el colegio adscrito a la Academia de Turín, y el 7 de octubre de 1809 se convirtió en profesor de filosofía natural en el Colegio de Vercelli. En 1820, cuando se estableció en Turín la primera cátedra de física matemática (fisica sublime) de Italia con un salario de 600 liras, se nombró a Avogadro. Los cambios políticos de 1821 llevaron a la supresión de esta cátedra, que Avogadro perdió en julio de 1822. En 1823 se le concedió el título puramente honorífico de profesor emérito a modo de compensación. Cuando la cátedra fue reestablecida en 1832, se le dio por primera vez a Cauchy. A finales de 1833 Cauchy fue a Praga, y el 28 de noviembre de 1834 Avogadro fue reelegido. Ocupó este puesto hasta su jubilación en 1850.

En 1787 Avogadro sucedió al título de su padre. Se casó con Felicita Mazzé y tuvieron seis hijos. Avogadro fue descrito en la Gazzetta Piemontese tras su muerte como «religioso pero no un fanático«.

Camino hacia la ciencia

Avogadro llevó una vida austera. Su modestia fue uno de los factores que contribuyó a su oscuridad comparativa, sobre todo fuera de Italia. A diferencia de sus grandes contemporáneos Gay-Lussac y Davy, trabajó en aislamiento. Sólo hacia el final de su vida encontramos cartas intercambiadas con líderes de la ciencia en otros países. El aislamiento de Avogadro no puede atribuirse a las dificultades del idioma. Escribía bien el francés, entendía el inglés y el alemán, y se mantenía al corriente de todos los avances de la física y la química.

Ilustración de Amedeo Avogadro realizando un experimento con gases
Ilustración de Amedeo Avogadro realizando un experimento con gases

El 5 de julio de 1804 Avogadro fue elegido miembro correspondiente de la Academia de Ciencias de Turín, y el 21 de noviembre de 1819 se convirtió en miembro de pleno derecho de la Academia. Su nombre está notoriamente ausente de los miembros extranjeros de la Academia de Ciencias de París y de la Royal Society de Londres. Avogadro fue miembro de una comisión gubernamental de estadística y fue presidente de una comisión de pesos y medidas. En este último cargo fue responsable en gran medida de la introducción del sistema métrico en el Piamonte. Después de 1848 Avogadro sirvió en una comisión de instrucción pública.

Aportes de Amedeo Avogadro

Avogadro es conocido principalmente por la hipótesis de Avogadro, que proporcionó una clave muy necesaria para los problemas de la química del siglo XIX al distinguir entre átomos y moléculas. Dalton había considerado la posibilidad de que volúmenes iguales de todos los gases pudieran contener el mismo número de átomos, pero la había rechazado. Sin embargo, la fuente de inspiración de Avogadro no fue Dalton sino Gay-Lussac, cuya ley de combinación de volúmenes de gases se publicó en 1809.

De la hipótesis de Avogadro se desprende inmediatamente la inferencia de que los pesos relativos de las moléculas de dos gases cualesquiera son los mismos que las relaciones de las densidades de esos gases en las mismas condiciones de temperatura y presión. Los pesos moleculares podrían así determinarse directamente. La hipótesis también permitió al químico deducir los pesos atómicos sin recurrir a la arbitraria regla de simplicidad de Dalton. El peso molecular del agua se calcularía de la siguiente manera:

Como el agua se produce por la combinación de dos volúmenes de hidrógeno con uno de oxígeno, esto daría para el peso de dos moléculas de vapor de agua: 15 + 2 = 17. El peso de una molécula sería por lo tanto de 8,5 (o, más exactamente, 8,537). Esto concuerda bien con la densidad conocida del vapor de agua referida al estándar de hidrógeno. Cabe señalar que los pesos moleculares de Avogadro son valores basados en la comparación con el peso de una molécula de hidrógeno y no con un átomo de hidrógeno. Por lo tanto, los pesos moleculares que se dan en el documento de Avogadro de 1811 son la mitad de los valores modernos. Como quiera que se expresen, son una gran mejora de los valores de Dalton.

Sello postal italiano en honor a Amedeo Avogadro (1956)

La superioridad del método de Avogadro para derivar los pesos moleculares de los compuestos sobre el de Dalton se observa no sólo con el agua sino con muchos otros compuestos. En los casos en que los valores dados por Avogadro eran del mismo orden que los dados por Dalton, el italiano señaló que esto era el resultado de la anulación de los errores. Sin embargo, Avogadro fue completamente justo en su crítica a Dalton, y al final de sus memorias concluyó modestamente que su hipótesis era «en el fondo sólo el sistema de Dalton provisto de un nuevo medio de precisión a partir de la conexión que hemos encontrado entre él y el hecho general establecido por Gay-Lussac».

Uso del termino molécula

Es necesario comentar el uso del término «molécula» por parte de Avogadro. Aunque se ha sugerido que usó el término de forma inconsistente, un examen detallado de sus memorias nos permite distinguir cuatro usos del término: molécule («molécula»), término general que designa lo que hoy se llamaría un átomo o una molécula; molécule intégrante («molécula integral»), que corresponde al uso actual de la molécula, en particular en relación con los compuestos; molécule constituante («molécula constitutiva»), que designa una molécula de un elemento; y molécule élémentaire («molécula elemental»), que designa un átomo de un elemento. Aunque Avogadro merece crédito por su aplicación de estas expresiones, no las inventó. Los términos partie intégrante, molécule primitive intégrante y partie constituante se encuentran en el Dictionnaire de chimie de Macquer de 1766; y los términos integrante, constituyente y moléculas elementales se encuentran en el libro de texto de Fourcroy de 1800.

Ajustando su hipótesis

Avogadro tenía una solución al problema que surgió cuando se aplicó la hipótesis de volúmenes iguales a las sustancias compuestas. Gay-Lussac había demostrado que (por encima de los 100°C.) el volumen de vapor de agua era el doble del volumen de oxígeno utilizado para formarlo. Esto sólo era posible si la molécula de oxígeno se dividía entre las moléculas de hidrógeno. Dalton había visto esta dificultad y, como para él era inconcebible que las partículas de oxígeno pudieran subdividirse, había rechazado la hipótesis básica que Avogadro defendía ahora. Avogadro superó la dificultad postulando moléculas compuestas.

Esta es la segunda y más importante parte de la hipótesis de Amedeo Avogadro. Puede considerarse como su segunda hipótesis y, a diferencia de la primera, parece completamente original. Avogadro escribió: la parte más importante de la hipótesis de Avogadro. Puede considerarse su segunda hipótesis, y a diferencia de la primera, parece completamente original. Avogadro escribió: «Suponemos… que las moléculas constituyentes de cualquier gas simple cualquiera que sea… no están formadas de una molécula elemental solitaria, sino que están constituidas por un cierto número de estas moléculas unidas por atracción para formar una sola«.

Las moléculas compuestas de los gases deben, por lo tanto, estar compuestas por dos o más átomos. Avogadro implica que siempre hay un número par de átomos en la molécula de un gas. Para el nitrógeno, el oxígeno y el hidrógeno son dos, «pero es posible que en otros casos la división sea en cuatro, ocho, etc.» Avogadro no es muy claro en esta parte de las memorias, pero la claridad se logra cuando da un ejemplo: «Así, por ejemplo, la molécula integral del agua estará compuesta por una media molécula de oxígeno con una molécula, o lo que es lo mismo, dos medias moléculas, de hidrógeno.»

El razonamiento de Avogadro sobre la divisibilidad de la molécula integradora plantea la cuestión de la atomicidad. Los gases para Avogadro eran generalmente diatómicos, pero ciertas sustancias podían ser tetratómicas en estado de vapor como lo es el fósforo. En memorias posteriores permitió la posibilidad de moléculas monoatómicas, como, por ejemplo, en el oro. En su obra está implícita la idea de equivalencia, por ejemplo, que un átomo de oxígeno equivale a dos átomos de hidrógeno, que a su vez equivale a dos átomos de cloro. Sin embargo, el concepto de valencia no se desarrolló hasta la época de Frankland (1852).

Publicación de sus segundas memorias

En una segunda memoria, que envió en enero de 1814 para su publicación en el Journal de physique de Lamétherie, Avogadro desarrolló sus ideas anteriores. Comenzó señalando que no se había ofrecido ninguna explicación alternativa a la publicada por él tres años antes para dar cuenta de la ley de Gay-Lussac de la combinación de volúmenes de gases. Sugirió que su hipótesis podía ser utilizada para corregir la teoría de las proporciones definidas, que ahora veía como «la base de toda la química moderna y la fuente de su futuro progreso». Por lo tanto, era importante «establecer por hechos, o por defecto, por conjeturas probables, las densidades que tendrían los gases de diferentes sustancias a una presión y temperatura comunes».

Los recientes trabajos experimentales de Gay-Lussac, Davy, Berzelius y otros dieron a Avogadro la posibilidad de aplicar su principio a un mayor número de sustancias. En 1811 Avogadro había sido capaz de dar las fórmulas modernas (en palabras) para el vapor de agua, el óxido nítrico, el óxido nitroso, el amoníaco, el monóxido de carbono y el cloruro de hidrógeno. En 1814 pudo dar las fórmulas correctas para varios compuestos de carbono y azufre, incluidos el dióxido de carbono, el disulfuro de carbono, el dióxido de azufre y el sulfuro de hidrógeno. Recurriendo a la analogía cuando faltaban pruebas experimentales, razonó correctamente que la sílice era SiO2 en comparación con el CO2. También amplió su anterior tratamiento de los metales en el hipotético estado gaseoso. Dio pesos moleculares para (usando símbolos modernos) Hg, Fe, Mn, Ag, Au, Pb, Cu, Sn, Sb, As, K, Na, Ca, Mg, Ba, Al, y Si, basándose en análisis de los compuestos de estos elementos. Su mención de «gaz métalliques:» puede haber hecho más daño que bien a la recepción de su hipótesis.

Busto en honor al centenario del nacimiento de Avogadro, Vercelli, Italia
Busto en honor al centenario del nacimiento de Avogadro, Vercelli, Italia

En 1821, Avogadro pudo declarar las fórmulas correctas de varios otros compuestos, incluidos los de fósforo y óxidos de nitrógeno. Después de deducir las fórmulas de tales compuestos inorgánicos a partir de la combinación de volúmenes, densidades o simplemente por analogía, se dirigió a la química orgánica. Dio la fórmula empírica correcta para la trementina, C:H = 1,6:1, (en la notación de Berzelius C10H16) y las fórmulas moleculares correctas para el alcohol (C2H6O) y el éter (C4H10O). Berzelius no llegó a las fórmulas correctas para el alcohol y el éter hasta 1828. Sin embargo, Berzelius, que había desarrollado una teoría derivada tanto de Dalton como de Gay-Lussac, no tuvo en cuenta a Avogadro.

Implicaciones de la hipótesis de Avogadro

La afirmación de Avogadro de la hipótesis que lleva su nombre se basa en algo más que su afirmación. Hemos visto que Dalton consideró previamente una hipótesis similar, pero la rechazó. Amperio, en 1814, llegó independientemente a una conclusión similar, y más tarde Dumas (1827), Prout (1834) y otros formularon la misma hipótesis. Sin embargo, sólo Avogadro tiene la distinción de aplicar su hipótesis a todo el campo de la química.

Las ideas de Ampère sobre la constitución de las moléculas se publicaron en 1814 en forma de carta a Berthollet. Declaró que sólo después de escribir sus memorias había «oído que el Sr. Avogadro había utilizado la misma idea». Ampère no se preocupaba principalmente de dar una explicación de la ley Gay-Lussac. Se interesó por la estructura de los cristales e introdujo consideraciones geométricas que le llevaron a suponer que las moléculas de, por ejemplo, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno contenían cuatro átomos cada una, mientras que Avogadro ya había demostrado correctamente que esos gases contenían dos átomos por molécula. A pesar de la inferioridad en muchos aspectos de las memorias de Ampère con respecto a las de Avogadro y su clara falta de prioridad, la hipótesis de Avogadro se atribuía habitualmente a Amperio hasta que el italiano Cannizzaro llamó la atención de los químicos sobre la publicación de su compatriota. Ciertamente cuando se publicó en los Annales de chimie, el trabajo de Amperio recibió la mayor publicidad posible, y el propio Amperio se hizo famoso en todo el mundo científico después de su trabajo sobre el electromagnetismo en la década de 1820.

Dada la falta de interés de los químicos por la hipótesis de Avogadro, es aún más notable que él mismo llamara continuamente la atención sobre el significado de sus ideas. Si no se escuchó a Avogadro, no fue porque hiciera un pronunciamiento aislado. Lo repitió en unas memorias publicadas en 1816 y 1817; y de nuevo en dos memorias diferentes publicadas en 1818 y 1819 en publicaciones italianas, llamó la atención sobre su trabajo anterior. Las memorias de 1819 fueron traducidas más tarde al francés y el pasaje correspondiente dice:

    Al considerar la materia teóricamente y suponiendo de conformidad con lo que he establecido en otro lugar (Journal de Phys. de La Metherie, julio de 1811 y febrero de 1814) que en los gases reducidos a la misma temperatura y presión las distancias entre los centros de las moléculas integrantes es constante para todos los gases, de modo que la densidad de un gas es proporcional a la masa de sus moléculas...

Aún más importante fue la larga memoria de Avogadro de 1821: «Nuevas consideraciones sobre… la determinación de las masas de las moléculas del cuerpo». Esto se publicó en las memorias de la Academia de Ciencias de Turín, pero en Francia se publicó un resumen en 1826 en el Boletín….de Ferussac, y este extracto contiene una reafirmación de la hipótesis de Avogadro con la afirmación de que su introducción haría mucho para simplificar y generalizar la química. Amedeo Avogadro insistió en estas memorias en la necesidad de correlacionar los datos de estas memorias en la necesidad de correlacionar los datos obtenidos por Gay-Lussac sobre la combinación de volúmenes de gases con la teoría de las proporciones fijas, un problema que había sido considerado sólo superficialmente por Berzelius.

Limitaciones en la divulgación del trabajo de Amedeo Avogadro

De lo anterior se desprende claramente que Avogadro expuso su nueva hipótesis repetidamente durante el período 1811-1821. Es cierto que las memorias posteriores fueron particularmente largas, sin embargo, lo más importante para la recepción del trabajo de Avogadro es que estas memorias posteriores se publicaron en Italia, entonces en la periferia del mundo científico. Cuando estas memorias se tradujeron al francés no aparecieron en los influyentes Annales de chimie et de physique sino en el comparativamente oscuro y de segunda categoría Bulletin de Ferussac. En cuanto a la traducción a otros idiomas, no más de tres de los artículos de Avogadro se tradujeron al inglés y no más de dos al alemán y las memorias elegidas no son las que hoy en día deberíamos considerar significativas. Sin embargo, los informes sobre los trabajos posteriores de Avogadro se incluyeron en la Jahresberichte de Berzelius a partir de 1832. Parte de la culpa de la falta de atención que sus contemporáneos prestaron a la hipótesis de Avogadro debe atribuirse a los editores de las influyentes publicaciones científicas británicas, francesas y alemanas.

Una de las características más notables de la hipótesis de Avogadro fue la forma en que fue descuidada por la gran mayoría de los químicos durante medio siglo después de su publicación inicial. Las siguientes son algunas de las razones de este retraso;

  1. No fue expresado con suficiente claridad, particularmente en las memorias de 1811. Avogadro no acuñó un nuevo término para las «moléculas elementales solitarias» ni utilizó el término átomo. En todo caso, hubo una ligereza general en el uso de los términos átomo y molécula, y a menudo se utilizaron como sinónimos. A principios del siglo XIX no habría estado claro para todo el mundo que la hipótesis de Avogadro era muy diferente de la de Berzelius. Berzelius había sustituido el átomo por el volumen en los casos de combinación de gases y había terminado con la contradicción lógica de medio átomo. Avogadro superó esta dificultad introduciendo una molécula poliatómica, pero este concepto era bastante novedoso.
  2. Avogadro no apoyó su hipótesis con ninguna acumulación impresionante de resultados experimentales. Nunca adquirió, ni merecía, una reputación de trabajo experimental preciso. Así, para Regnault, por ejemplo, Avogadro no era un teórico brillante sino un simple experimentador descuidado.
  3. Desde el principio Avogadro aplicó su hipótesis a los elementos sólidos. Cuando no se disponía de pruebas experimentales, se basaba sólo en la analogía. Tenía razón al considerar el oxígeno y el hidrógeno como diatómicos, pero tenía poca justificación para llegar a una conclusión similar en los casos del carbono y el azufre. Su tratamiento especulativo de los metales en estado de vapor en su segundo trabajo de 1814 no puede haber ayudado a su causa. Por lo tanto, fue demasiado ambicioso al extender su hipótesis. (Sin embargo, Berzelius también utilizó una «teoría de volumen» no restringida al estado gaseoso, y su trabajo no sufrió ningún eclipse debido a esto). Sólo había un número comparativamente pequeño de sustancias bien definidas que existían en estado gaseoso y a las que se podía aplicar la hipótesis de Avogadro. Sólo con Gerhardt se apreció su plena relevancia para las sustancias orgánicas.
  4. El medio siglo posterior a la publicación de la hipótesis de Avogadro fue una época en que se prestó mayor atención a la química orgánica, en la que la necesidad primordial era el análisis y la clasificación. El análisis orgánico se basaba en pesos, no en volúmenes.
  5. La idea de Avogadro de una molécula diatómica entraba en conflicto con la visión dualista dominante de Berzelius. Según los principios de la electroquímica, dos átomos del mismo elemento tendrían cargas similares y por lo tanto se repelen en lugar de atraerse mutuamente.
  6. Avogadro, un modesto y oscuro físico del lado equivocado de los Alpes, permaneció intelectualmente aislado de la corriente principal de la química.

A pesar de que los químicos no supieron apreciar la importancia de la hipótesis de Avogadro, éste pudo afirmar en 1845 que su afirmación de que las distancias medias entre las moléculas de todos los gases eran las mismas en las mismas condiciones de temperatura y presión y la consecuencia de que el peso molecular era proporcional a la densidad era generalmente aceptada por los físicos y químicos de manera explícita o implícita.

Reivindicación del trabajo de Amedeo Avogadro y otros aportes

Sin embargo, lo que se ignoró fue el uso de la hipótesis para determinar los pesos atómicos. Fue Cannizzaro quien, en un artículo publicado en 1858 pero que no se dio a conocer ampliamente hasta 1860 en el Congreso de Karlsruhe, mostró cómo la aplicación de la hipótesis de Avogadro resolvería muchos de los principales problemas de la química.

En particular, aclaró la relación entre el átomo y la molécula que Avogadro no había explicitado. Gerhardt y Laurent habían aplicado la hipótesis con cierto éxito a la química orgánica. Cannizzaro llevó a cabo una tarea aproximadamente complementaria al sistematizar la química inorgánica sobre la base de la hipótesis de Avogadro. Determinó los pesos moleculares de muchas sustancias inorgánicas y, por tanto, los pesos atómicos. Por primera vez comenzó a existir entre los químicos un acuerdo sustancial sobre los pesos atómicos. Cannizzaro había sido capaz de utilizar técnicas desconocidas en la época de Avogadro para la determinación de los pesos moleculares de los elementos sólidos, incluyendo el azufre, el fósforo y el mercurio.

Las dos primeras memorias de Avogadro que se publicaron, en 1806 y 1807, fueron sobre la electricidad. Consideraba el estado de un no-conductor situado entre dos capas elementales cargadas de forma opuesta. Si hubiera aire entre dos cuerpos cargados, se cargaría. En la terminología posterior de Faraday se puede afirmar que Avogadro tenía alguna concepción de la polarización de los dieléctricos. En 1842, el propio Avogadro afirmó que parte del tratamiento de Faraday de los condensadores se encontraba en su propio trabajo anterior. Al final de las mismas memorias Avogadro sugirió que la capacidad de un condensador era independiente del gas entre las placas y que habría el mismo proceso de inducción incluso en un vacío, un fenómeno que más tarde verificó James Clerk Maxwell.

Las memorias de Amedeo Avogadro de 1822 «Sur la construction dȓun voltimeètre multiplicateur» fueron publicadas por Oersted. El «multiplicador» de Avogadro fue uno de los instrumentos más sensibles de la época, y al utilizarlo descubrió que cuando ciertos pares de metales se sumergen en ácido nítrico concentrado la dirección de la corriente eléctrica se invierte momentáneamente. Esto ocurre con los pares de metales: Pb/Bi, Pb/Sn, Fe/Bi, Co. Sb. Este fenómeno había sido observado en el caso del Pb/Sn por Pfaff en 1808, pero a veces se lo denominaba «inversión de Avogadro». Avogadro utilizó una sucesión de pares de metales con un electrolito para establecer el orden Pt, Au Ag, Hg, As, Sb, Co, Ni, Cu, Bi, Fe, Sn, Pb, Zn, una lista que mostraba varias diferencias con respecto al orden encontrado por Volta utilizando un condensador.

Avogadro publicó su primer artículo sobre la química en 1809. Estas memorias, sobre los ácidos y los álcalis, son interesantes por varias razones. En primer lugar, ilustra su permanente preocupación por la afinidad química y, por cierto, la gran influencia ejercida sobre él por Berthollet. En segundo lugar, en el párrafo inicial, que critica la teoría del oxígeno de la acidez, ilustra su enfoque radical de la química post-Lavoisier. Postuló una escala relativa de acidez en la que el oxígeno y el azufre se colocaban en el extremo ácido de la escala, las sustancias neutras en el medio y el hidrógeno en el extremo alcalino. Una característica significativa de esta escala era que era continua. Avogadro no permitía distinciones absolutas.

Por ejemplo, no estaba dispuesto a coincidir con Berzelius en que el oxígeno era absolutamente electronegativo. Davy, en 1807, había sugerido una conexión entre la acidez y la alcalinidad y la electricidad; Avogadro desarrolló esta idea. Otro rasgo de los intereses de Avogadro que se encuentra en estas memorias es el tema de la nomenclatura. Iba a prestar una atención más detallada a esto en la década de 1840.

Avogadro podría afirmar que comparte con Berthollet el honor de haber sido uno de los fundadores de la química física a principios del siglo XIX. Ciertamente no vio ninguna frontera entre la física y la química e hizo uso constante de un enfoque matemático. Esto es ejemplificado por sus varios estudios sobre el calor; sus estudios térmicos de los gases proporcionaron un acercamiento útil a la química física.

En 1813 Delaroche y Bérard sugirieron que existía una relación simple entre el calor específico de un gas compuesto y su composición química. Las partículas de un gas se consideraban entonces rodeadas de una «atmósfera» calórica. Pero la cantidad de calórico entre las partículas de un gas gobernaba la atracción mutua entre sus partículas. Avogadro vio así un medio de relacionar la afinidad química con el calor específico.

En 1822 Amedeo Avogadro consideró justificada la generalización de que los calores específicos a volumen constante de los gases eran proporcionales a la raíz cuadrada del poder de atracción de sus moléculas para el calor. En 1824 avanzó aún más en la evaluación de una «verdadera afinidad por el calor», a la que podía asignar un valor numérico. Este valor se obtenía tomando el cuadrado del calor específico determinado por el experimento y dividiéndolo por la densidad del gas, que según la hipótesis de Avogadro era proporcional a su peso molecular. Así obtuvo una serie de valores que iban desde el oxígeno = 0,8595 hasta el hidrógeno = 10,2672. Esto confirmó su conjetura de que el oxígeno y las sustancias similares a él tenían la menor afinidad con el calor.

Concluyó triunfalmente que el orden así obtenido, representando la afinidad por el calor, coincidía con el orden en la serie electroquímica. Obtuvo una confirmación adicional al comparar sus resultados con los obtenidos por Biot y Arago en cuanto a la relación entre la afinidad por el calor y los índices de refracción de los gases. Avogadro concluyó con una tabla de veintinueve sustancias, encabezada por los ácidos y terminada con las bases. Dividiendo cada afinidad por el calor por la del oxígeno, obtuvo una serie de lo que llamó «números de afinidad» (nombres affinitaires), y en sus siguientes memorias intentó determinar otros números de afinidad.

En 1828 dudó de la validez de gran parte de sus anteriores trabajos sobre la asignación de valores numéricos a las afinidades, por lo que volvió a un método puramente químico, desarrollando la idea de Berthollet de combinar las proporciones como medida de afinidad.

Relación entre calor especifico y peso atómico

En 1819 Dulong y Petit anunciaron que había una relación simple entre los calores específicos y los pesos atómicos. Aunque sugirieron que su ley podía extenderse a los compuestos, fue F. E. Neumann quien, en 1831, aplicó por primera vez la ley prácticamente a los compuestos sólidos. Avogadro, que comenzó sus investigaciones en este campo en 1833, investigó tanto los líquidos como los sólidos.

Decidió que la fórmula de un compuesto en el estado líquido o sólido no podía ser la misma que en el estado gaseoso. Por lo tanto, introdujo la división arbitraria de las moléculas y consideró, por ejemplo, que una molécula de agua o de hielo contenía sólo un cuarto de átomos como una de vapor. Así, como el H2O representaba el vapor, el agua habría sido HO1/2. (En realidad Avogadro dice un compuesto de «1/4 de átomo de hidrógeno y 1/4 de átomo de oxígeno», pero si interpretamos «átomo» como «molécula» y consideramos que estos son diatómicos, esta habría sido la fórmula resultante). El óxido mercúrico se consideró como 1/2 átomo de metal + 1/4 de átomo de oxígeno; el óxido de aluminio se consideró como 1/2 átomo de metal + 3/8 de átomo de oxígeno; el óxido férrico se consideró como 1/4 de átomo de metal + 3/16 de átomo de oxígeno. Mediante una división tan arbitraria fue capaz de encajar una selección bastante amplia de compuestos sólidos en una «ley» que ideó para relacionar el calor específico con el peso molecular.

Sus memorias de 1838 sobre este tema probablemente muestran a Amedeo Avogadro en su peor momento. Los átomos fraccionados fueron introducidos de la forma más irresponsable, aunque estaban relacionados con los supuestos calores específicos. Estos últimos pronto resultaron ser inexactos. Como las memorias se publicaron mucho después del primer anuncio de la hipótesis de Avogadro, no se mencionaron antes como una de las razones del rechazo de la hipótesis por sus contemporáneos. Sin embargo, la publicación de las memorias sólo puede haber debilitado la reputación científica de Avogadro.

Las inexactitudes de los valores obtenidos por Avogadro para determinadas series fueron criticadas posteriormente por Regnault. Estas críticas nos recuerdan los polos opuestos representados por hombres de ciencia como Avogadro y Regnault, uno intuitivo, especulativo y teórico y otro empírico, preciso y práctico. La investigación de Avogadro sobre la presión de vapor del mercurio no puede compararse en precisión con el trabajo posterior de Regnault, pero Avogadro merece el crédito de ser el primero en hacer esta determinación en el rango de temperatura de 100°C.-360°C.

Últimos aportes

Hacia el final de su vida Avogadro dedicó un total de cuatro memorias al tema de los volúmenes atómicos. En la primera (1843) señaló la conexión con sus memorias clásicas de 1811: la distancia media entre las moléculas de todos los gases es la misma bajo las mismas condiciones de temperatura y presión. En 1824 había leído a la Academia de Turín unas memorias en las que había señalado que los volúmenes atómicos (es decir, el volumen ocupado por la molécula junto con su calórico circundante) de todas las sustancias en estado líquido o sólido serían los mismos si no fuera por ciertos factores y en particular las diferentes afinidades de los cuerpos por lo calórico. Pero este último factor estaba directamente relacionado con la electronegatividad del elemento. Comparando las densidades de los elementos con sus pesos atómicos, llegó a la conclusión de que las distancias entre las moléculas de los sólidos y los líquidos, y por consiguiente sus volúmenes, eran mayores, y por lo tanto sus densidades comparadas con sus pesos atómicos eran menores a medida que el cuerpo se volvía más electropositivo. Expresado de otra manera, el volumen atómico (peso atómico/densidad) es mayor para los elementos más electropositivos, y esto es ahora aceptado.

El trabajo de Amedeo Avogadro sobre los volúmenes atómicos difiere del de sus contemporáneos en su insistencia en su conexión con la posición de los elementos en la serie electroquímica. También sus volúmenes «atómicos» eran realmente volúmenes moleculares. En este último trabajo estaba tan aislado como lo había estado en sus especulaciones anteriores. Por su hábito de dar constantemente referencias a su propio trabajo anterior, Avogadro estableció el linaje de su investigación con cualquier reclamo de prioridad correspondiente, pero la práctica tenía la desventaja de revelarlo como un trabajador solitario, tal vez nacido una generación demasiado pronto.

Para más información Amedeo Avogadro | Science History Institute

Print Friendly, PDF & Email
A %d blogueros les gusta esto: