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Los físicos cuentan el número de átomos en 1 kg de silicio
¿Cuántos átomos hay en un kilogramo de silicio? Este número es la constante de Avogadro y calcular su valor es una de las tareas más importantes a las que se enfrentan los científicos de materiales.
Hoy, un grupo de físicos revela la respuesta. Dicen que hay 6.02214084 (18) × 10 ^ 23 átomos en un solo cristal de silicio que pesa alrededor de un kilogramo. Y dicen que saben que esto es correcto porque los han contado. Sí, los conté.
En realidad, contaron el número de átomos en una unidad de volumen de silicio y midieron el tamaño de este volumen. El número de veces que esto encaja en un trozo de exactamente 1 mol de esfera monocristalina de silicio casi perfecta es el número de Avogadro.
Haber establecido este número con tanta precisión es claramente un trabajo importante, pero los monumentales esfuerzos del consorcio internacional que lo respaldan ponen en perspectiva lo impresionante que es.
El trabajo comenzó en 2004 cuando un grupo ruso creó una muestra de fluoruro de silicio con un contenido isotópico específico en la Oficina Central de Diseño de Construcción de Máquinas en San Petersburgo. Un equipo del Instituto de Química de Sustancias de Alta Pureza de la Academia de Ciencias de Rusia en Nizhny-Novgorod convirtió esto en un policristal de hidruro de silicio que un grupo del Leibniz-Institut fur Kristallzuchtung en Berlín utilizó para cultivar un trozo de 5 kg de silicio monocristalino puro en 2007.
Luego, el Centro Australiano de Óptica de Precisión tomó muestras de este bulto y las transformó en esferas casi perfectas. Luego hicieron un interferómetro de rayos X a partir del silicio sobrante para determinar su estructura cristalina. También midieron las superficies de los cristales para ver qué tipo de suciedad se había acumulado allí y, por lo tanto, deberían tenerse en cuenta en los cálculos finales. (Varios óxidos de cobre, níquel y silicio se habían acumulado en la superficie).
Luego, varios grupos midieron la masa de las esferas comparándolas con los kilogramos de prueba de platino-iridio propiedad del PTB (Physikalisch-Technische Bundesanstalt) en Alemania, el Instituto Nacional de Metrología de Japón en Tskuba y el Bureau International des Poids et Mesures en Francia. .
Luego, el equipo midió el volumen de las esferas mediante interferometría óptica. Y el contenido de isótopos fue medido por equipos de la Universidad de Varsovia, el Instituto de Recursos Minerales de la Academia de Ciencias de China y el Instituto de Física de Microestructuras de la Academia de Ciencias de Rusia.
Finalmente, un estudiante de doctorado confirmó el número de átomos de la muestra con una lupa y unas pinzas.
Está bien, lo inventé.
El resultado se compara bien con otras mediciones de la constante de Avogadro realizadas con otro método.
Nuestro resultado conduce a valores numéricos más consistentes para las constantes físicas fundamentales, dice este grupo internacional.
Eso es más que un interés académico. La esperanza es deshacerse algún día de los kilogramos de platino-iridio que tienen la costumbre de perder algunos átomos cada vez que una brisa agita el aire a su alrededor, o peor aún, de ganar algunos átomos cada vez que su anciano guardia de seguridad estornuda.
En su lugar habrá una definición del kilogramo basada en un valor fijo exacto para el número de Avogadro. El valor obtenido, 6.02214084 (18) x 10 ^ 23 mol ^ -1, es el dato de entrada más preciso para una nueva definición del kilogramo, dice el equipo.
Eso no es lo suficientemente bueno para reemplazar el kilogramo existente. Pero con unos años más y la ayuda de lo que parece ser la mayoría de los científicos de materiales del planeta, eventualmente deberíamos llegar allí.
Ref: arxiv.org/abs/1010.2317 : Determinación precisa de la constante de Avogadro contando los átomos en un cristal Si-28
Actualización: un par de comentaristas han señalado que un mol de silicio pesa 28 g no un kilogramo y que parece que estoy completamente confundido acerca de esta historia. Son, por supuesto, completamente correctos. Moraleja: ¡nunca escribas una publicación en un blog después de la medianoche!