El mole se convirtió en parte del Sistema Internacional de Unidades (SI) en 1971. Actualmente, se define como la cantidad de sustancia que contiene tantas entidades como hay en 0,012 kg de carbono-12. Pero la necesidad de redefinir el kilogramo se ha discutido durante décadas, sobre todo debido a la inestabilidad a largo plazo de ‘Le Grand K’, el artefacto que define el kilogramo. Tras el éxito de la definición del metro de 1983, que se basa en la velocidad de la luz en el vacío, el Comité Internacional de Pesos y Medidas (CIPM) decidió que este es también un momento oportuno para refundir las definiciones de todas las unidades básicas del SI en términos de las cosas más estables conocidas por los científicos: las constantes físicas.

La constante Avogadro se utilizará para definir el mol. Desde que Jean Perrin recibió el Premio Nobel por determinar su valor aproximado en 1926, el progreso en la determinación de la constante de Avogadro ha sido enorme. Hoy en día, la mejor estimación de la constante de Avogadro proviene de las determinaciones de la constante de Planck en el Consejo Nacional de Investigación de Canadá: 6.022140772×1023 con la incertidumbre de nueve partes en 109. Esta notable precisión nos permite ahora reescribir la definición del lunar en los términos más absolutos posibles. De hecho, el mol se convertirá en la única unidad base del SI que se define independientemente de cualquier otra unidad.

La definición actual del mol implica que la cantidad de una sustancia se determina mejor midiendo la masa. Si bien esto funciona para la mayoría de las mediciones de cantidades químicas, no se sigue que la definición del mol deba vincularse con la definición del kilogramo. Además, los estudios han demostrado que la cantidad de sustancia a menudo se identifica (incorrectamente) con la masa. La presente definición también oscurece la utilidad del lunar, y la mayoría de los libros de química ya ven el lunar como una cantidad de una sustancia que contiene un número de entidades Avogadro. Por lo tanto, la nueva definición propuesta establece que: «un mol contiene exactamente 6.02214076×1023 entidades elementales.»Esto tiene la ventaja de la simplicidad. Escribiendo para la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (Iupac), Peter Atkins señaló acertadamente que » la nueva definición corta el núcleo del significado de un topo, y por lo tanto es bienvenida, ya no puede haber excusa para malinterpretar su definición.’

Argumentos de contador

Aun así, esta definición ha tardado mucho tiempo en unirse. Las discusiones serias sobre una redefinición del mol comenzaron alrededor de 2005, y se necesitó alrededor de una década para llegar a un consenso. Huelga decir que no a todo el mundo le gusta la nueva definición, y algunas voces prominentes incluso han argumentado que el lunar debe eliminarse del SI por completo.

Alrededor de 2010, las discusiones se centraron en el ancla fundamental para el lunar: ¿debe la masa molar de carbono-12 seguir siendo la característica definitoria, o debe ser la constante de Avogadro? Uno debe tener en cuenta que vincular el lunar a la constante de Avogadro no es la única alternativa, se han observado otras formas exóticas de definir el lunar. Una definición interesante (y quizás menos útil) podría ser: ‘El mol es la cantidad de sustancia de un sistema que contiene tantas entidades elementales como átomos en una muestra de potasio-40 que tiene una actividad de 10599044s-1.»En el espíritu de la definición anterior, Bertram Boltwood y Ernest Rutherford utilizaron métodos basados en la radiactividad para determinar el número de Avogadro en 1911.

Se han destacado otros problemas. Si un mol de una sustancia se define como la cantidad que tiene cierto número de entidades, está claro para muchos que este número solo puede ser un entero. Por lo tanto, para maximizar aún más la claridad de la definición, debemos usar enteros explícitos (con todos los números escritos). Esto no es práctico para el número de Avogadro, por lo que algunos han sugerido una alternativa muy atractiva: 844468853 (a un nivel de precisión más crudo, uno podría disfrutar del mol ‘binario’: NA ≈ 279 mol–1).

Uno de los argumentos más interesantes en contra de la nueva definición es que la masa molar de carbono-12 ya no será exactamente de 12 g/mol. Será una sorpresa para muchos químicos saber que, de hecho, esto no es un cambio en absoluto. En 1980, la definición anterior se aclaró para referirse solo a átomos no unidos; la formación de enlaces químicos reduce ligeramente la masa total, lo que significa que 12 g de carbono puro-12 en el laboratorio contiene un poco más de un mol de átomos de carbono. En este contexto, la nueva definición del mol es más fundamental que la actual.

Repensar unidades

La resistencia hacia la definición del lunar basada en Avogadro se ha debido en gran medida a la creencia de que la constante de Avogadro no es una constante universal de la física, y que su valor numérico no tiene un significado físico particular. Si bien algunas constantes son de hecho más fundamentales que otras, no se debe confundir «ser fundamental» con «no ser útil»; en última instancia, muchas de las decisiones con respecto a las unidades reflejan elecciones hechas a partir de consideraciones prácticas. Hoy en día tenemos constantes de Boltzmann y Avogadro porque los termómetros precedieron a nuestra comprensión de la termodinámica o la mecánica estadística, y porque los químicos pudieron comparar las cantidades de sustancias químicas antes de conocer el número real de átomos involucrados. La IS no se debe únicamente a la necesidad lógica.

Al igual que con muchas otras nuevas definiciones de SI, este nuevo mol no afectará a las mediciones cotidianas, pero es probable que afecte a nuestra comprensión cotidiana de las unidades de medición.

Juris Meija es presidente de la comisión de abundancias isotópicas y pesos atómicos de la UIQPA