El carbono, la constante de Avogadro y la importancia del número 12

El Sistema Internacional de Unidades (con la abreviatura de unidades SI) es uno de los fundamentos de la ciencia moderna. Consta de siete unidades básicas de las que se pueden derivar todas las demás.

Estos son el metro de longitud; el kilogramo de masa; el segundo por tiempo; el amperio de la corriente eléctrica; Kelvin para temperatura termodinámica; candela para la intensidad luminosa y mole para la cantidad de sustancia. Se trata de un sistema coordinado de unidades que permite comparar resultados científicos con relativa facilidad, independientemente de dónde se realicen.

Sin embargo, el sistema SI está lejos de ser perfecto. Uno de los problemas es que algunas de las unidades tienen valores basados ​​en objetos arbitrarios, como el kilogramo. Existe un acuerdo general en que esto debe cambiarse para que las unidades se basen en las constantes fundamentales de la naturaleza y en números específicos que están definidos y, por lo tanto, son constantes.

Uno de estos números es la constante de Avogadro. Esto se define actualmente como el número de átomos en 12 gramos de carbono-12 y se sabe que es aproximadamente 6.02214129 × 10 ^ 23. Pero el número exacto depende de la definición de kilogramo, que por el momento es la masa de una barra arbitraria de aleación de platino-iridio escondida en una caja fuerte en algún lugar de París.

El consenso general es que sería mejor definir la constante de Avogadro y dejar que esto determinara la masa del kilogramo. Pero, ¿qué número debería servir?

Phil Fraundorf de la Universidad de Missouri-St Louis presenta hoy una sugerencia interesante. Él dice que una solución práctica es elegir un número que sea divisible por 12 de modo que un número entero de átomos de carbono-12 sea igual a la masa de un gramo, al menos en una primera aproximación.

Al mismo tiempo, sería útil tener una definición físicamente significativa basada en una estructura que podría existir razonablemente en la naturaleza. Varios investigadores han sugerido un cubo de silicio en cristales cúbicos centrados en la cara de diamante o un cubo de carbono cúbico centrado en la cara.

El problema es que estas estructuras son casi imposibles de fabricar y, en cualquier caso, no contienen un número de átomos divisible por 12.

Así que Fraundorf ha presentado una idea mejor basada en grafeno, láminas individuales de alambre de gallinero de carbono que actualmente son el foco de una intensa investigación. Su idea es definir la constante de Avogadro en términos de una serie de hojas hexagonales de grafito apiladas una encima de la otra para formar un prisma hexagonal.

Él muestra que si el número de capas es igual al número de átomos a lo largo de un lado de la base del hexágono, entonces dicha estructura siempre tendrá un número de átomos divisible por 12, exactamente como se requiere. Entonces, es simplemente una cuestión de elegir un número que produzca un prisma con un número de átomos cercano al valor actual de la constante de Avogadro.

Sugiere que si este número —el número de capas y el número de átomos a lo largo de cada borde hexagonal— fuera igual a 51,150,060, entonces el total sería 602,214,158,510,196,804,982,800 átomos. Eso es tan malditamente igual al número actual.

Él dice que un cristal de carbono creado de esta manera tendría 1,71 centímetros de alto y cada uno de los seis lados mediría 1,09 centímetros de largo.

Esa es una idea interesante, sobre todo porque nuestra capacidad para manipular el grafeno está mejorando a pasos agigantados. Fraundorf imagina un tiempo en un futuro no muy lejano en el que podría ser posible utilizar la tecnología de impresión 3-D para construir un prisma con exactamente el número de átomos de Avogadro.

Ese sería un objeto fascinante y algo que le daría a la gente una idea concreta del espacio que ocupa un mol de materia, así como el peso de un mol de carbono. El peso de un mol de otros átomos será proporcionalmente más pesado o más ligero según la relación entre los pesos atómicos, dice.

Y en lugar de que haya solo un kilogramo en una bóveda en París (y algunas copias en otros lugares), cualquiera podría imprimir su propio kilogramo en cualquier parte del planeta (en principio, al menos).

Por supuesto, el debate está en curso y se están considerando otras sugerencias. Pero la idea de Fraundorf parece eminentemente sensata y ciertamente merece un estudio más detallado.

Ref: arxiv.org/abs/1201.5537 : Múltiplo de 12 para Avogadro

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