L’idrogeno in natura si presenta come una molecola biatomica, cioè formata da due atomi uguali, e viene quindi indicata come H2. Lo stesso avviene per l’ossigeno, che nell’aria si trova come O2 (oppure come ozono O3, ma questa è un’altra storia). Combinando queste due molecole se ne ottengono due di acqua (H2O), ma in che quantità? Il numero di atomi di un elemento che reagiscono deve essere uguale al numero di atomi dello stesso elemento nei prodotti, dato che la massa si deve conservare. Per rispettare tale principio due molecole di idrogeno (quattro atomi in totale) devono reagire con una di ossigeno per ottenere due molecole d’acqua.

Quindi se volete fare reazioni chimiche non vi resta che contare il numero di molecole e di atomi. Un’impresa titanica, se non impossibile, dato che i primi studi a riguardo furono fatti verso la fine del ‘700 e gli scienziati di allora non avevano gli strumenti per contare ogni singolo atomo. Per fortuna non è necessario contare ogni singolo atomo, è stata, infatti, introdotta un’unità di misura della quantità di sostanza: la mole. In ogni mole di sostanza c’è lo stesso numero di costituenti, siano essi molecole o atomi, quindi facendo reagire due moli di idrogeno biatomico con una di ossigeno si ottengono due moli d’acqua, proprio come avviene con i singoli atomi. La quantità di costituenti in una mole è, per definizione, la stessa contenuta in 12 grammi di isotopo 12 del carbonio. Questo numero, detto costante di Avogadro in onore del chimico italiano Amedeo Avogadro, si aggira intorno ai 6,022 x 10^23. Per avere un’idea di quanto possa essere grande questa quantità basti pensare che un numero di Avogadro di tazzine di caffè sono sufficienti per svuotare tutti gli oceani. In onore di quest’unità si è istituito ogni 23 Ottobre (10/23 secondo la notazione americana) il “mole day” da festeggiarsi rigorosamente alle 6.02 di mattina. La simpatica mascotte di questa festa è una talpa, scelta legata al fatto che in inglese la parola “mole” indica sia l’unità di misura sia il mammifero scavatore.
 
Il numero di Avogadro potrebbe però assumere un ruolo importante anche per un’altra unità di misura, il chilogrammo. Esso attualmente è definito come la massa del campione di iridio e platino conservata a Sèvres, vicino a Parigi, presso il Bureau international des poides et mesures. Definire un’unità di misura sulla base di un artefatto però crea dei problemi: il campione può, infatti, perdere o acquistare massa anche solo per le operazioni di manutenzione. Si ha quindi la necessità di dare una nuova definizione di chilogrammo basata su grandezze immutabili, come è stato fatto per il metro e il secondo. Tra le varie proposte vi è quella di definirlo come la massa di una precisa quantità di atomi contenuti in una sfera di silicio, in pratica si vuole confrontarlo con il numero di Avogadro. Farlo, però, richiede uno sforzo tecnologico considerevole. La sfera contiene solo l’isotopo 28 del silicio, condizione che è stata possibile utilizzando le stesse tecnologie impiegate nell’arricchimento dell’uranio. Le imprecisioni nelle dimensioni sono state ridotte al minimo, infatti la superficie è così liscia che se il diametro della sfera, di 94 mm, fosse quello della Terra, la collina più alta sarebbe di appena tre metri, a detta del responsabile della levigazione Arnold Nicolaus. Una volta prodotta questa sfera quasi perfetta si è poi iniziato a contare gli atomi di silicio tramite tecniche di spettroscopia. È grazie a queste misure che è stato definito il numero di Avogadro con sempre maggior precisione. Il record attuale lo detiene il team di Giovanni Mana che, all’Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica di Torino, l’ha definito con l’incertezza di 20 atomi ogni miliardo.
 
In un momento in cui la scienza e la tecnologia sta indagando un mondo a dimensioni sempre più piccole, la definizione dell’unità di massa diventa più importante. Il lavoro non è ancora finito, perché affinché la definizione del chilogrammo tramite questo metodo diventi un valido sostituto del campione di iridio e platino, dovrà avere un’incertezza minore delle bilance oggi disponibili, e ciò sarà possibile solo con una stima più precisa del numero di Avogadro.