Ogleklis, Avogadro konstante un skaitļa 12 nozīme

Starptautiskā mērvienību sistēma (ar SI vienību saīsinājumu) ir viens no mūsdienu zinātnes pamatiem. Tas sastāv no septiņām bāzes vienībām, no kurām var iegūt visas pārējās.

Tie ir garuma mērītāji; kilograms masai; otrais laiks; ampēri elektriskajai strāvai; Kelvins termodinamiskajai temperatūrai; candela gaismas intensitātei un mols vielas daudzumam. Šī ir saskaņota vienību sistēma, kas ļauj salīdzinoši viegli salīdzināt zinātniskos rezultātus neatkarīgi no to iegūšanas vietas.

Tomēr SI sistēma nebūt nav perfekta. Viena no problēmām ir tā, ka dažām vienībām ir vērtības, kuru pamatā ir patvaļīgi objekti, piemēram, kilograms. Pastāv vispārēja vienošanās, ka tas ir jāmaina, lai mērvienības būtu balstītas uz dabas pamatkonstantēm un konkrētiem skaitļiem, kas ir definēti un tādējādi nemainīgi.

Viens no šiem skaitļiem ir Avogadro konstante. Pašlaik tas tiek definēts kā atomu skaits 12 gramos oglekļa-12, un ir zināms, ka tas ir aptuveni 6,02214129 × 10^23. Bet precīzs skaitlis ir atkarīgs no kilograma definīcijas, kas šobrīd ir patvaļīga platīna-irīdija sakausējuma stieņa masa, kas paslēpta seifā kaut kur Parīzē.

Vispārējā vienprātība ir tāda, ka labāk būtu definēt Avogadro konstanti un ļaut tai noteikt kilograma masu. Bet kādam skaitlim vajadzētu kalpot?

Šodien Fils Fraundorfs no Misūri-Sentluisas universitātes izvirza interesantu ieteikumu. Viņš saka, ka praktisks risinājums ir izvēlēties skaitli, kas dalās ar 12, lai vesels oglekļa-12 atomu skaits būtu vienāds ar grama masu, vismaz ar pirmo tuvinājumu.

Tajā pašā laikā būtu lietderīgi izveidot fiziski jēgpilnu definīciju, kuras pamatā ir struktūra, kas varētu pamatoti pastāvēt dabā. Dažādi pētnieki ir ierosinājuši silīcija kubu dimanta kubiskajos kristālos vai uz sejas centrēta oglekļa kubu.

Problēma ir tā, ka šīs struktūras ir gandrīz neiespējami izgatavot un jebkurā gadījumā nesatur ar 12 dalītu atomu skaitu.

Tāpēc Fraundorfs ir nācis klajā ar labāku ideju, pamatojoties uz grafēnu, atsevišķām oglekļa vistas stieples loksnēm, kuras pašlaik ir intensīvas izpētes uzmanības centrā. Viņa ideja ir definēt Avogadro konstanti vairāku sešstūrainu grafīta loksņu izteiksmē, kas sakrautas viena virs otras, veidojot sešstūra prizmu.

Viņš parāda, ka, ja slāņu skaits ir vienāds ar atomu skaitu vienā sešstūra pamatnes pusē, tad šādā struktūrā vienmēr būs ar 12 dalāms atomu skaits, tieši tik, cik nepieciešams. Tātad ir vienkārši jautājums par skaitļa izvēli, kas veido prizmu ar atomu skaitu, kas ir tuvu pašreizējai Avogadro konstantes vērtībai.

Viņš ierosina, ka, ja šis skaitlis - slāņu skaits un atomu skaits katrā sešstūra malās - būtu vienāds ar 51 150 060, tad kopējais skaits būtu 602 214 158 510 196 804 982 800 atomi. Tas ir gandrīz vienāds ar pašreizējo skaitli.

Viņš saka, ka šādā veidā izveidots oglekļa kristāls būtu 1,71 centimetru garš un katra no sešām malām būtu 1,09 centimetrus gara.

Tā ir interesanta ideja, jo īpaši tāpēc, ka mūsu spēja manipulēt ar grafēnu uzlabojas lēcieniem un robežām. Fraundorfs iedomājas laiku ne pārāk tālā nākotnē, kad varētu būt iespējams izmantot 3-D drukas tehnoloģiju, lai izveidotu prizmu ar tieši Avogadro atomu skaitu.

Tas būtu aizraujošs objekts un kaut kas, kas cilvēkiem sniegtu konkrētu priekšstatu par vietu, ko aizņem vielas mols, kā arī par oglekļa mola svaru. Viņš saka, ka citu atomu mola svars būs proporcionāli smagāks vai vieglāks atkarībā no atomu svara attiecības.

Un tā vietā, lai Parīzes glabātuvē būtu tikai viens kilograms (un daži eksemplāri citur), ikviens varētu izdrukāt savu kilogramu jebkurā vietā uz planētas (principā, vismaz).

Protams, debates turpinās, tiek izskatīti arī citi priekšlikumi. Bet Fraundorfa ideja šķiet ārkārtīgi saprātīga un noteikti ir sīkākas izpētes vērta.

Atsauce: arxiv.org/abs/1201.5537 : Vairāki no 12 Avogadro

paslēpties