アボガドロ定数（Nₐ）：定義、値、歴史と用途

定義と数値

現代のSIにおいて、アボガドロ定数は、物質量（モルで測定）と離散的な要素粒子の個数を結ぶ正確な換算係数である。形式的には、1モルには正確に6.02214076×1023個の要素粒子が含まれる。したがって定数の単位はmol−1であり、微視的な個数と、実験室や産業で測定される巨視的な量との換算に用いられる。

歴史的背景

この名称は、19世紀初頭のイタリアの化学者アメデオ・アボガドロを記念したものである。彼はしばしば単にイタリア人の、分子論における著名な科学者として紹介される。アボガドロ自身は1811年、同じ温度・圧力における等体積の気体には同数の粒子が含まれると提唱した。歴史的にアボガドロ数と呼ばれた特定の数値は、かつて12グラムの炭素、すなわち同位体である炭素12に含まれる原子数と結び付けられていた。現代の計量学では、この経験的な結び付きは正確な固定定数に置き換えられ、それに応じてモルも再定義された。

値の決定方法

2019年のSI再定義以前には、高精度の実験によってアボガドロ定数の最良推定値が求められた。手法には、ほぼ完全なシリコン球のX線結晶密度測定があり、格子間隔と巨視的な体積を組み合わせて結晶中の原子数を数えるものであった。電子計数や電気化学的測定などの独立した技術も用いられた。異なる手法から得られた高い整合性をもつ結果の蓄積により、正確な固定値の採用が可能となり、定数そのものにおける実験的不確かさは除かれた。

意義と応用

アボガドロ定数は、原子スケールと、実験室で用いられるグラムやリットルのスケールを結ぶ橋渡しの役割を果たす。化学者や物理学者はこれにより、次のことができる。

• モルで表した測定済みの物質量を、正確な粒子数へ換算する。粒子数＝物質量×NA。
• モル質量（1モル当たりのグラム）を、個々の原子または分子の質量と関連付ける。1粒子当たりの質量＝モル質量÷NA。
• 化学反応における化学量論計算を行い、粒子レベルで必要または生成される量を決定する。

用語の区別と関連する事実

非公式な文脈では両用語がしばしば同義に用いられるが、区別は有用である。「アボガドロ数」は歴史的には、炭素12により定義されたモルに関連する数値的な個数を指した。一方、「アボガドロ定数」は、単位（mol−1）をもつ現代の物理定数であることを強調する。SI値が正確な値へ変更されたことで、モルは物理的な試料ではなく固定された粒子数によって基本的に定義されるようになり、化学および関連科学における安定性と精度が向上した。