A constante de Avogadro foi introduzida, em 1909, pelo físico francês Jean Perrin em homenagem ao químico e físico italiano Amedeo Avogadro (figura 1) que, em 1811, publicou que: volumes iguais de gases nas mesmas condições de temperatura e pressão contêm o mesmo número de moléculas.¹

No início do século XX utilizava-se o termo molécula-grama para designar a massa de uma determinada substância que no estado gasoso ocupava o mesmo volume que dois gramas de hidrogénio (em iguais condições de pressão e temperatura). Assim, com base no conceito de molécula-grama, Perrin propôs que a afirmação de Avogadro era equivalente a dizer que quaisquer duas moléculas-grama contêm sempre o mesmo numero N de moléculas, logo, N é uma constante universal invariável, à qual seria apropriado que se designasse por constante de Avogadro.²

Jean Perrin, que foi laureado com o prémio Nobel da Física em 1926, calculou a constante de Avogadro a partir do movimento browniano de partículas coloidais. Porém, não foi o primeiro cientista a determinar o seu valor. Em 1865, o cientista austríaco Johann Josef Loschmidt com base na teoria cinética dos gases determinou a densidade numérica de partículas existentes num determinado volume de gás, atualmente conhecida como constante de Loschmidt. É por causa de Loschmidt que, por vezes, se utiliza o símbolo L para representar a constante de Avogadro.

Desde as primeiras estimativas até à atualidade, diferentes métodos foram utilizados para determinar a constante de Avogadro. Esta constante pode ser determinada a partir da teoria cinética dos gases, a partir do movimento browniano, por métodos eletroquímicos, a partir da teoria do corpo negro da radiação, pela contagem das partículas alfa resultantes de decaimento radioativo ou a partir densidade cristalina obtida por raio-X. Em 1965, o valor da constante de Avogadro foi obtido com grande precisão através da utilização da interferometria de raio-X em conjunto com o uso de um cristal perfeito de silício (Si). Note-se que os valores da constante de Avogadro determinados pelas diferentes técnicas são concordantes entre si, o que confirma o postulado da existência da átomos e moléculas proposto há cerca de dois séculos.^{3, 4}

Como já foi referido, a constante de Avogadro, quando foi proposta por Perrin, referia-se à quantidade de entidades elementares existentes numa molécula-grama - unidade daquela época para especificar a quantidade de um composto ou de um elemento químico. No entanto, em 1971, na 14ª Conferência de Pesos e Medidas introduziu-se quantidade de substância como grandeza fundamental do Sistema Internacional, tendo-se adotado a mole como unidade (representada pelo símbolo mol). Assim, por proposta da IUPAC, da IUPAP e da ISO, a mole foi definida como a quantidade de substância de um sistema que contém tantas entidades elementares como o número de átomos existentes em 0,012 kg de carbono-12; em que a natureza das entidades elementares (átomos, moléculas, eletrões, protões, etc.) tem de ser especificada.^{1, 2} A introdução da mole como unidade de quantidade de substância conduziu a que a constante de Avogadro passasse a ser formalmente definida como o número de átomos existentes em exatamente 0,012 kg de Carbono-12.

O número de entidades elementares existentes numa pequena porção de substância é de tal modo elevado, que seria um processo praticamente infinito determinar o número de entidades elementares aí existentes. Assim, a constante de Avogadro permite fazer a transição entre o microscópico e o macroscópico, isto é, conhecendo a massa de uma substância e a massa molar, é possível a partir da constante de Avogadro determinar o número N de entidades elementares aí existentes.

Considere-se, como exemplo, 30,35642 g de sódio. O sódio tem uma massa molar, M, igual a 22,98976928 g∙mol^-1. Logo, o quociente entre a massa de sódio, m, e a respetiva massa molar, M, é a quantidade (em moles) de sódio nessa amostra. Essa quantidade multiplicada pela constante de Avogadro permite determinar o número de átomos existentes:

\(N=\frac{m}{M}N_A=\frac{30,35642}{22,98976928}\times 6,02214179\times10^{23}=7,951827\times10^{23}\) átomos de sódio (Na)

Verifica-se assim que 30,35642 g de sódio contêm 7.951827 x 10²³ átomos.

Para entender melhor a magnitude do número 6,022 \(\times\) 10²³ (valor numérico da constante de Avogadro), imagine-se que se tinha como desafio contar o número de partículas existentes numa mole durante o intervalo de tempo correspondente à idade estimada do planeta terra, ou seja, cerca de 4,5 mil milhões de anos (4,5 x 10⁹ anos). Logo, para superar o desafio era necessário contar 4,2 milhões de partículas por segundo durante os 4,5 mil milhões de anos!

^†Os átomos de carbono-12 devem estar no seu estado fundamental e não estarem quimicamente ligados entre si.