阿伏伽德羅常數
一摩爾的原子有多少個?
在教科書上,答案通常是6.02x10^23,這個數字也就是阿伏伽德羅常數。
這個近似值足以應付化學習題,但它還遠遠不夠精確。那麼,精確一點的阿伏伽德羅常數應該是多少呢?
《物理與化學參考數據期刊》(Journal of Physical and Chemical Reference Data)上發表的一項研究給出了最新的答案:6.02214082(11)x10^23(括號中的數字表示最後兩位估值數字的不確定性,確切地說,阿伏伽德羅常數還要加上單位mol-1)。
在此前,研究團隊已經對阿伏伽德羅常數進行了若干次的測算。他們採取的測量方法是計數1千克重的高純硅-28球體中有多少個原子。當硅結晶時,它會形成規律的晶格結構,每個基本的晶胞中含有8個硅原子。
如果能分別得知硅晶體總的體積,以及每一個硅原子所佔的體積,就可以計算出其中硅原子的數量,而這可以通過對晶格參數(lattice parameter)的測量實現。
在今年的早些時候,研究團隊測得了新的阿伏伽德羅常數,測量的誤差控制在每十億個原子相差20個原子以內,與2011年的測量結果相比更加精確。
最終,綜合多次測算結果,研究團隊得出了上述阿伏伽德羅常數的最新數值。
更精確的常數有什麼用?
一個重要的用途是賦予“千克”這個質量單位更加精確的定義。
一千克質量的標準來自一個鉑銥合金的“標準”圓柱體,但無論性質多麼穩定,千克原器的質量實際上也不能保持恆久不變,因此計量學界希望可以用物理常數替代實物來重新對千克進行定義。
在經過長時間的討論和研究之後,千克將會在2018年通過普朗克常量正式進行重新定義。在那之前,科學家們需要首先保證普朗克常量的數值足夠精確,而測算阿伏伽德羅常數是間接為普朗克常數“校準”的一種方式。
雖然阿伏伽德羅常數並沒有正式成為定義質量單位的標準,但計數這些硅原子依然可以幫助人們檢查基於普朗克常數的新標準是否足夠準確。
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