211service.com
Fysiker räknar antalet atomer i 1 kg kisel
Hur många atomer finns det i ett kilogram kisel? Detta nummer är Avogadros konstanta och att ta fram dess värde är en av de viktigare uppgifterna som materialforskare står inför.
Idag avslöjar en grupp fysiker svaret. De säger att det finns 6,02214084(18) × 10^23 atomer i en enda kristall av kisel som väger ungefär ett kilogram. Och de säger att de vet att detta är rätt eftersom de har räknat dem. Japp, räknade dem.
Egentligen räknade de antalet atomer i en volymenhet kisel och mätte storleken på denna volym. Antalet gånger detta passar in i en klump på exakt 1 mol av nästan perfekt enkristallsfär av kisel är Avogadros antal.
Att ha fastställt detta antal med sådan noggrannhet är helt klart ett viktigt arbete, men hur imponerande sätts det i perspektiv av det internationella konsortiets monumentala ansträngningar bakom det.
Arbetet började 2004 när en rysk grupp skapade ett prov av kiselfluorid med ett specifikt isotopinnehåll vid Central Design Bureau of Machine Building i St. Petersburg. Ett team vid Institute of Chemistry of High-Purity Substances vid den ryska vetenskapsakademin i Nizhny-Novgorod förvandlade sedan detta till en polykristall av kiselhydrid som en grupp vid Leibniz-Institut fur Kristallzuchtung i Berlin använde för att odla en 5 kg klump av rent monokristallint kisel 2007.
Australian Center for Precision Optics tog sedan prover från denna klump och formade dem till kvasi-perfekta sfärer. De gjorde sedan en röntgeninterferometer från vänster över kisel för att bestämma dess kristallstruktur. De mätte också kristallernas ytor för att se vilken typ av crud som hade byggts upp där och skulle därför behöva tas med i de slutliga beräkningarna. (Olika koppar-, nickel- och kiseloxider hade byggts upp på ytan.)
Olika grupper mätte sedan sfärernas massa genom att jämföra dem med platina-iridium testkilogrammen som ägs av PTB (Physikalisch-Technische Bundesanstalt) i Tyskland, National Metrology Institute of Japan i Tskuba och Bureau International des Poids et Mesures i Frankrike .
Teamet mätte sedan volymen av sfärerna med hjälp av optisk interferometri. Och isotopinnehållet mättes av team vid University of Warszawa, Institutet för mineralresurser vid den kinesiska vetenskapsakademin och Institutet för fysik av mikrostrukturer vid den ryska vetenskapsakademin.
Slutligen bekräftades antalet atomer i provet av en doktorand med hjälp av ett förstoringsglas och en pincett.
Okej, jag hittade på den biten.
Resultatet jämförs väl med andra mätningar av Avogadros konstant gjorda med en annan metod.
Vårt resultat leder till mer konsekventa numeriska värden för de grundläggande fysiska konstanterna, säger denna internationella grupp.
Det är av mer än akademiskt intresse. Förhoppningen är att en dag bli av med platina-iridium-kilogrammen som har för vana att förlora några atomer varje gång en bris ruvar luften runt dem, eller ännu värre, att få några atomer varje gång deras gamla säkerhetsvakt nyser.
I dess ställe kommer en definition av kilogram att baseras på ett exakt fast värde för Avogadros nummer. Det erhållna värdet, 6,02214084(18) x 10^23 mol^-1, är det mest exakta inmatningsdatumet för en ny definition av kilogram, säger teamet.
Det är inte tillräckligt bra för att ersätta det befintliga kilogramet. Men med några år till och med hjälp av vad som verkar vara de flesta materialforskare på planeten borde vi så småningom komma dit.
Ref: arxiv.org/abs/1010.2317 : En exakt bestämning av Avogadro-konstanten genom att räkna atomerna i en Si-28-kristall
Uppdatering: ett par kommentatorer har påpekat att en mol kisel väger 28g inte ett kilo och att jag verkar vara helt förvirrad över den här historien. De är naturligtvis helt korrekta. Moral: skriv aldrig ett blogginlägg efter midnatt!