Moltde química! - Blogs de l'Institut d'Estudis Catalans

MOLT DE QUÍMICA! 97
Annex 6. Determinació experimental de la
constant d’Avogadro a partir del recompte
d’àtoms de 28 Si.
Aquest annex és una traducció d’un article científic de publicació molt recent en el qual es descriu un
mètode utilitzat per científics professionals per determinar el valor de la constant d’Avogadro. Aquest
mètode, és, de fet, una versió complerta del mètode basat en l’estudi de les estructures cristal·lines.
Aquests científics, a diferència de nosaltres, han determinat experimentalment absolutament tots els
paràmetres i, a més, amb una exactitud gairebé absoluta. En aquest article es fa ús de conceptes molt
complexos.
Abstract
La constant d’Avogadro relaciona les propietats atòmiques i macroscòpiques de la matèria. En aquest
article presentarem un nou mètode per a la determinació del valor d’aquesta constant a partir del
recompte del nombre d’àtoms presents en dues esferes quasi perfectes de silici formades de forma
gairebé exclusiva per àtoms d’isòtop 28 Si. Aquest experiment va permetre determinar la massa molar
del silici amb una exactitud sense precedents. El valor de la constant d’Avogadro obtingut
(NA=6,02214084114 x 10 23 ) actualment representa la dada experimental més idònia per elaborar la
necessària redefinició de quilogram.
Introducció
Una de les millors maneres que hi ha per posar a proba els nostres coneixements i les capacitats de la
nostra tecnologia consisteix en intentar determinar, amb la màxima exactitud possible, els valors de
les constants fonamentals. La determinació de la constant d’Avogadro representa un repte singular,
de caràcter més èpic, doncs relaciona les dades macroscòpiques amb les microscòpiques. Una altra
motivació important per a la realització d’aquest experiment ha estat la necessitat d’establir una nova
definició de la magnitud quilogram. Com que sembla ser que aquesta nova definició estarà molt
estretament relacionada amb la constant de Planck, el món científic està molt interessat en obtenir
tantes vies independents per esbrinar el valor d’aquesta com sigui possible i, precisament, la
determinació de la constant d’Avogadro és una d’aquestes vies.
El grau d’incertesa del quilogram(kg) és en principi igual a 0, però recentment s’ha comprovat que el
cos utilitzar com a referència universal per a aquesta magnitud varia la seva massa en
aproximadament 50μg cada 100 anys. Tal i com ja s’ha dit anteriorment, actualment s’estan
desenvolupant diversos experiments per solucionar aquest problema. Els més prometedors són dos:
el primer consisteix en la Balança de Watt, i pretén calcular el valor de la constant de Planck a partir de
la comparació virtual d’energies mecàniques i elèctriques. El segon és el presentant en aquest article i
consisteix en la determinació del valor de la constant d’Avogadro a partir del recompte presents en
dues quasi perfectes esferes de silici d’una massa d’1kg cadascuna. L’element utilitzat és el silici,
perquè, a part de ser un dels materials millor coneguts, es pot manipular fàcilment per obtenir
mostres pures formades per cristall perfectes.
Des del 1998, s’ha observat experimentalment l’existència d’un error relatiu del 1,2 x 10 -6 al comparar
els valors de les constant de Planck i d’Avogadro. Aleshores es va atribuir aquest error a l’existència de
diferents isòtops dins de les estructures cristal·lines del silici. Aquest experiment es va idear amb
l’objectiu d’evitar aquest error, i per aquesta raó les mostres de silici estudiades foren fortament
enriquides amb àtoms d’isòtop 28 Si.