Опубликовано Гость в Чт, 21/10/2010 - 17:13
Опубликовано в
Чтобы спасти килограмм, его привяжут к числу Авогадро
Как известно, с недавних пор мировой науке стал угрожать системный кризис, связанный с неопределенностью одной из главных единиц системы СИ – килограмма. Международный эталон килограмма на сегодня представляет собой цилиндр из сплава платины и иридия, с 1889-го года хранящийся в Париже, укрытый двумя стеклянными колпаками в специальном сейфе Международного бюро мер и весов. Он представляет собой единственную единицу измерений системы СИ, которая основана не на известных физических константах, а на бережно хранимом куске металла, с которым неизвестно что происходит и может еще произойти.
Дело в том, что, несмотря на жесточайшие предосторожности, масса этого цилиндра и его шести точных копий меняется – в частности, из-за того, что на его поверхности оседает пыль. И хотя эталон вместе с копиями регулярно принимают паровые ванны, за столетие разница в весе между ним и его копиями достигла 50 микрограмм, а это уже почти катастрофа.
Чтобы в дальнейшем избежать подобных неприятностей, ученые пытаются различными способами переопределить килограмм, привязав его, вслед за метром и секундой, к нерушимым физическим константам. В частности, такой константой предлагается сделать число Авогадро, которое, как мы помним из курса школьной физики, равно 6,022*10^23 и представляет собой количество атомов в одном моле.
Проблема здесь в том, что и само число Авогадро на сегодня определено не совсем точно. Однако прогресс намечается, особенно после того, как германские ученые из Физико-технического федерального ведомства (Physikalisch-Technische Bundesanstalt) сумели его уточнить с помощью килограммовой кремниевой сферы. В отличие от металлического сплава, кремний имеет четкую кристаллическую структуру, в каждой ячейке которой помещается по 8 атомов, поэтому, зная объем, подсчитать количество атомов в нем намного проще, чем в платиновой болванке, где все атомы свалены "в кучу".
Эту сферу полировали три года, и она стала такой совершенной, что если можно было бы увеличить ее до размера Земли, то самая высокая гора на ней не превышала бы и трех метров. С помощью этой сферы физики уточнили число Авогадро, и с 12 октября оно стало равняться 6,02214084*10^23, при этом погрешность измерения составляет 30 частей на миллион.
Этого пока еще недостаточно, поскольку погрешность измерения веса для парижского эталона меньше – 20 частей на миллион. Но, по словам одного из участников кремниевого проекта Эдвина Вильямса (Edwin Williams) из Национального института стандартов и технологий, "мы подошли очень близко к цели, и это большой шаг".
- Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы получить возможность отправлять комментарии
Понравился сайт? =)
Нашли что-нибудь интересное? =)
Поддержите! =)
Мы - Вас - не забудем, Веришь.Нет? =)
P.S. И сделаем еще что-нибудь, полезное и нужное... Правда-правда =)))
Число Авогадро - что это такое?
Число Авогадро
Число́ Авога́дро, конста́нта Авогадро — физическая константа, численно равная количеству специфицированных структурных единиц (атомов, молекул, ионов, электронов или любых других частиц) в 1 моле вещества. Определяется как количество атомов в 12 граммах (точно) чистого изотопа углерода-12. Обозначается обычно как NA, реже как L.
Значение числа Авогадро, рекомендованное CODATA в 2006 году:
NA = 6,022 141 79(30)×10^23 моль^−1.
Моль — количество вещества, которое содержит NA структурных элементов (то есть столько же, сколько атомов содержится в 12 г 12С), причём структурными элементами обычно являются атомы, молекулы, ионы и др. Масса 1 моля вещества (молярная масса), выраженная в граммах, численно равна его молекулярной массе, выраженной в а.е.м.. Так, 1 моль натрия имеет массу 22,9898 г и содержит примерно 6,02×10^23 атомов; 1 моль фторида кальция CaF2 имеет массу (40,08 + 2×18,998) = 78,076 г и содержит 6,02×10^23 молекул, как и 1 моль тетрахлорида углерода CCl4, масса которого равна (12,011 + 4×35,453) = 153,823 г и т. п.
Закон Авогадро
На заре развития атомной теории (1811 г.) А. Авогадро выдвинул гипотезу, согласно которой при одинаковых температуре и давлении в равных объёмах идеальных газов содержится одинаковое число молекул. Позже было показано, что эта гипотеза есть необходимое следствие кинетической теории, и сейчас она известна как закон Авогадро. Его можно сформулировать так: один моль любого газа при одинаковых температуре и давлении занимает один и тот же объем, при нормальных условиях равный 22,41383 л. Эта величина известна как молярный объем газа.
Сам Авогадро не делал оценок числа молекул в заданном объёме, но понимал, что это очень большая величина. Первую попытку найти число молекул, занимающих данный объем, предпринял в 1865 году Й. Лошмидт. Из вычислений Лошмидта следовало, что для воздуха количество молекул на единицу объёма составляет 1,81×10^18 см^−3, что примерно в 15 раз меньше истинного значения. Через 8 лет Максвелл привёл гораздо более близкую к истине оценку «около 19 миллионов миллионов миллионов» молекул на кубический сантиметр, или 1,9×10^19 см^−3. В действительности в 1 см³ идеального газа при нормальных условиях содержится 2,68675×10^19 молекул. Эта величина была названа числом (или постоянной) Лошмидта. С тех пор было разработано большое число независимых методов определения числа Авогадро. Превосходное совпадение полученных значений является убедительным свидетельством реального существования молекул.
Измерение константы
Наиболее точное измерение числа Авогадро было проведено в 2010 году. Для этого использовались две сферы, сделанные из кремния-28. Сферы были получены в Институте кристаллографии имени Лейбница и отполированы в австралийском Центре высокоточной оптики настолько гладко, что высота выступов на их поверхности не превышали 98 нм. Для их производства был использован высокочистый кремний-28, выделенный в нижегородском Институте химии высокочистых веществ РАН из высокообогащённого по кремнию-28 тетрафторида кремния, полученного в Центральном конструкторском бюро машиностроения в Санкт-Петербурге.
Располагая такими практически идеальными объектами, можно с высокой точностью подсчитать число атомов кремния в шаре и тем самым определить число Авогадро. Согласно полученным результатам оно равно 6,02214084(18)×10^23.