211service.com
Fiziķi saskaita atomu skaitu 1 kg silīcija
Cik atomu ir kilogramā silīcija? Šis skaitlis ir Avogadro konstante, un tā vērtības noteikšana ir viens no svarīgākajiem uzdevumiem, ar ko saskaras materiālu zinātnieki.
Šodien fiziķu grupa atklāj atbildi. Viņi saka, ka vienā silīcija kristālā, kas sver apmēram kilogramu, ir 6,02214084(18) × 10^23 atomi. Un viņi saka, ka zina, ka tas ir pareizi, jo viņi ir tos skaitījuši. Jā, saskaitīja tos.
Patiesībā viņi saskaitīja atomu skaitu silīcija tilpuma vienībā un izmērīja šī tilpuma lielumu. Avogadro skaitlis ir tas, cik reižu tas iekļaujas gabalā, kurā ir tieši 1 mols gandrīz ideālas monokristāla silīcija sfēras.
Šī skaitļa noteikšana ar šādu precizitāti noteikti ir svarīgs darbs, taču to, cik iespaidīgu perspektīvā parāda starptautiskā konsorcija monumentālie centieni, kas ir aiz tā.
Darbs sākās 2004. gadā, kad Krievijas grupa Mašīnbūves Centrālajā projektēšanas birojā Sanktpēterburgā izveidoja silīcija fluorīda paraugu ar specifisku izotopu saturu. Krievijas Zinātņu akadēmijas Augstas tīrības pakāpes vielu ķīmijas institūta komanda Ņižņijnovgorodā to pārvērta par silīcija hidrīda polikristālu, ko grupa Leibnicas institūta kažokādas Kristallzuchtung Berlīnē izmantoja, lai izaudzētu 5 kg smagu tīrs monokristālisks silīcijs 2007. gadā.
Pēc tam Austrālijas Precīzijas optikas centrs paņēma paraugus no šī gabala un izveidoja tos gandrīz ideālās sfērās. Pēc tam viņi izveidoja rentgena interferometru no kreisās puses virs silīcija, lai noteiktu tā kristāla struktūru. Viņi arī izmērīja kristālu virsmas, lai redzētu, kāda veida netīrums tur ir uzkrājies, un tāpēc tas būtu jāņem vērā galīgajos aprēķinos. (Uz virsmas bija uzkrājušies dažādi vara, niķeļa un silīcija oksīdi.)
Pēc tam dažādas grupas izmērīja sfēru masu, salīdzinot tās ar platīna-irīdija testa kilogramiem, kas pieder PTB (Physikalisch-Technische Bundesanstalt) Vācijā, Japānas Nacionālajam metroloģijas institūtam Tskubā un Bureau International des Poids et Mesures Francijā. .
Pēc tam komanda izmērīja sfēru tilpumu, izmantojot optisko interferometriju. Un izotopu saturu mērīja komandas Varšavas Universitātē, Ķīnas Zinātņu akadēmijas Minerālresursu institūtā un Krievijas Zinātņu akadēmijas Mikrostruktūru fizikas institūtā.
Visbeidzot, atomu skaitu paraugā apstiprināja doktorants, izmantojot palielināmo stiklu un pincetes.
Labi, es to izdomāju.
Rezultāts ir labi salīdzināms ar citiem Avogadro konstantes mērījumiem, kas veikti, izmantojot citu metodi.
Mūsu rezultāts nodrošina konsekventākas skaitliskās vērtības pamata fiziskajām konstantēm, saka šī starptautiskā grupa.
Tas ir vairāk nekā akadēmiska interese. Cerība ir kādu dienu atbrīvoties no platīna-irīdija kilogramiem, kuriem ir ieradums zaudēt dažus atomus katru reizi, kad vēsma satricina gaisu, vai, vēl ļaunāk, iegūt dažus atomus ikreiz, kad viņu vecais apsargs šķauda.
Tā vietā būs kilograma definīcija, pamatojoties uz precīzu fiksētu Avogadro skaitļa vērtību. Iegūtā vērtība 6,02214084(18) x 10^23 mol^-1 ir visprecīzākais ievades punkts jaunai kilograma definīcijai, saka komanda.
Tas nav pietiekami labs, lai aizstātu esošo kilogramu. Bet ar vēl dažiem gadiem un to, šķiet, lielāko daļu planētas materiālu zinātnieku palīdzību, mums galu galā vajadzētu nokļūt.
Atsauce: arxiv.org/abs/1010.2317 : Precīza Avogadro konstantes noteikšana, saskaitot atomus Si-28 kristālā
Papildinājums: pāris komentētāji ir norādījuši, ka silīcija mols sver 28g nevis kilogramu un, šķiet, esmu galīgi neizpratnē par šo stāstu. Viņiem, protams, ir pilnīga taisnība. Morāle: nekad nerakstiet emuāra ierakstu pēc pusnakts!