Warum verwenden Wissenschaftler im Avogadro-Projekt Silizium-28-Atome anstelle von Kohlenstoff-12?

Meine Frage ist, warum Silizium-28-Atome verwenden, um das Kilogramm zu berechnen, wenn Sie bereits Kohlenstoff-12-Atome haben, die die Konstante definieren?

Beabsichtigt das Avogadro-Projekt , die Konstante zu definieren, indem es die Idee von Kohlenstoff-12 ersetzt und Silizium-28 an seine Stelle setzt?

Beachten Sie, dass nicht die Absicht besteht, die Masse des Silizium-28-Atoms auf eine einheitsdefinierende Konstante zu erhöhen, wie die Kohlenstoff-12-Masse derzeit funktioniert. Dieser Weg zum Kilogramm beinhaltet das Festlegen von zwei Konstanten (die Avogadro-Zahl und die Plancksche Konstante ℏ ), und es hat zwei Stufen: (i) Mit der Siliziumkugel können Sie die (makroskopische) Masse einer bekannten Anzahl von Atomen messen, und (ii) Sie können das Verhältnis messen ℏ / m ( 28 S ich ) über Atomrückstoßspektroskopie. Seit ℏ ist fest, das gibt Ihnen die Masse jedes einzelnen Atoms.
@EmilioPisanty Mit (i) allein, wenn wir die Definition der einheitlichen atomaren Masseneinheit (u) oder Dalton (Da) als beibehalten würden 1 12 der Masse eines Kohlenstoff-12-Atoms, könnten wir die Definition des Gramms (oder Kilogramms) in „die Masse von genau“ ändern 6.0221408 ? ? ? ⋅ 10 23 einheitliche atomare Masseneinheiten". Also brauchen wir (ii) nur, wenn wir, soweit ich sehen kann, Definitionen auf Kohlenstoff-12-Basis loswerden wollen.
Ja das ist richtig. Denken Sie jedoch daran, dass das ultimative Ziel eine stabile, skalierbare, reproduzierbare und hochpräzise Messtechnik ist, die kostengünstig genug ist, um auf nationaler Messlaborebene über einige reiche Länder hinaus zugänglich zu sein. Diese Bedenken treiben die Wahl der Planck-Konstante als Schlussstein zum Kilogramm und der Watt-Waage als ihrer wichtigsten Implementierung voran.
Die meisten Forscher, die in technischen Bereichen arbeiten, sind Männer, und Männer sind dafür bekannt, dass sie eine ganz besondere Vorliebe für dieses bestimmte Metall haben.

Antworten (2)

Die Idee ist, eine Kugel von etwa 1 Kilogramm zu schaffen und sie dann sowohl zu wiegen als auch die Anzahl der darin enthaltenen Atome zu zählen. Dies ist nur möglich, indem man kristalline Materie verwendet, indem man sich die regelmäßige Anordnung der Atome zunutze macht.

Diamant wäre in der Tat ein perfekter Kandidat, aber die Bearbeitung von Diamant ist viel schwieriger als die Bearbeitung eines Siliziumkristalls, wegen des enormen Härteunterschieds, ein Problem, das im Vergleich zu der schieren Unmöglichkeit, einen Diamantmonokristall herzustellen, verblasst ein Kilogramm schwer! Der Weltrekord liegt bei etwa 20 Gramm. Die Schwierigkeit besteht in der Notwendigkeit, einen Druck in der Größenordnung von 100.000 Atmosphären aufzubringen, was nur in einem zu kleinen Volumen für das Zielgewicht von 1 Kilogramm möglich ist, was ein Würfel mit 6,5 cm Kantenlänge wäre. Wir könnten uns natürlich vorstellen, uns mit einem Haufen kleinerer Diamanten zufrieden zu geben, aber dies würde eine zusätzliche Quelle der Unsicherheit einführen. Da es möglich ist, einen Einkristall aus Silizium herzustellen, der ein Kilogramm wiegt, indem man Verfeinerungen der von der Elektronikindustrie entwickelten und verfeinerten Züchtungsmethoden anwendet,

Warum nicht stattdessen Graphit? Im Gegensatz zu Diamant ist es möglich, ausreichend große Einkristalle sorgfältig herzustellen. Unglücklicherweise besteht Graphit aus einer regelmäßigen Anordnung von Kohlenstoffatomen, die stark in Schichten gebunden sind, und diese Schichten stapeln sich dann und halten aufgrund schwächerer Kräfte zwischen ihnen zusammen: Insbesondere können sie sich leicht gegeneinander verschieben. Damit eignet sich Graphit deutlich weniger für das beschriebene Präzisionsexperiment, bei dem es auf die genaue Bestimmung der atomaren Anordnung ankommt.

Mit Graphit und Diamant haben wir die kristallinen Phasen des Kohlenstoffs erschöpft. Also Kohle raus!

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Damit ist die erste Frage beantwortet, aber nicht die zweite.
Ihr erster Satz ist eher irreführend und bei näherem Nachdenken letztendlich nicht wahr. Die Idee ist nicht, eine Kugel zu schaffen, die dem aktuellen Wert des Kilogramms entspricht, sondern ein Referenzobjekt, dessen Masse direkt über optische und Röntgeninterferometrie und Atomspektroskopie auf die Naturkonstanten zurückgeführt werden kann, die zur Definition von verwendet werden neues SI-Kilogramm.
Wie ich im Kommentar erklärt habe, ist die Herstellung einer Kugel von 1 kg in der Tat ein Implementierungsdetail. Ich habe die Einführung dieser Antwort überstürzt und es zeigt sich tatsächlich. Repariere es besser mit all diesen Stimmen …
Nun, eigentlich sehe ich nicht, dass das so weit hergeholt ist, was ich geschrieben habe. Ich meine, Sie stimmen zu, dass das Ziel darin besteht, einen Ball von 1 kg zu machen und dann die Anzahl der Atome darin zu zählen? Wenn Sie meinen, dass meine Formulierung das umgekehrt hat, dh die Anzahl der Atome festgelegt hat, dann verstehe ich Ihren Punkt. Andernfalls?
Nun, zum einen ist Ihre Formulierung mehrdeutig (ist es nur ungefähr 1 kg oder meinen Sie genau ein Kilogramm? Beides sind vernünftige Interpretationen, und ich vermute, dass die meisten Zuhörer die falsche Botschaft mit nach Hause nehmen). Aber ich sehe einen starken Unterschied zwischen Ihrer ursprünglichen Formulierung und der, die ich oben vorgeschlagen habe.
@EmilioPisanty Ich verstehe deinen Punkt in der Tat. Hoffentlich gibt es diesmal keine Zweideutigkeit!

Die Herstellung von großen, reinen Siliziumkristallen ist eine ausgereifte Technologie, die von jedem Standardisierungsgremium implementiert werden kann. Siliziumkristalle werden im industriellen Maßstab für die Herstellung von integrierten Schaltkreisen hergestellt.

Warum verwenden Wissenschaftler im Avogadro-Projekt Silizium-28-Atome anstelle von Kohlenstoff-12?
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