Эталон количества масс и его реализация

Для характеристики вещества эталона массы недостаточно, так как при одинаковых массах различные вещества могут значительно отличаться объемами. Все дело в плотности вещества, которая определяется  не только массой атомов его составляющих, но и характерными расстояниями между ними. Введем универсальную характеристику такого отличия, связанную с массой и числом частиц ее составляющих, — эталон количества вещества.

Уравнение состояния идеального газа имеет вид p = nkT. Так как давление пропорционально силе (p ~ F), то знание концентрации n позволяет по силовой характеристике ввести единицу количества вещества (число частиц в единице объема). Количество вещества — производная единица (основные здесь масса и длина).

Определим количество вещества в системе СИ. Единицей количества вещества является 1 моль — количество вещества, в котором содержится столько частиц, сколько атомов изотопа 12C содержится в 12 г вещества: NA =

Отсюда NA = 6,0220921×1023 моль–1. Иначе, массу 1 моля любого вещества можно определить так: M = NA×mа. Здесь M — молярная масса данного вещества; mа — масса его атома; NA — число Авогадро. В рамках этих определений в произвольном количестве вещества число молей n равно  где N — число частиц в произвольном количестве вещества.
На сегодняшний день точность NA составляет ±0,0000062·1023 моль–1. Относительная точность 6×10–6 определяется точностью ввода массы атома углерода и молярной массы.

Для реализации эталона единицы количества вещества используются только те физические величины, эталоны которых уже введены и экспериментально могут быть количественно определены.

Определим экспериментально объем V и массу m бруска кремния. Плотность кремния  Пусть a — период элементарной ячейки кремния, f — число атомов в ячейке, тогда а3/f — объем, занимаемый одним атомом кремния. С другой стороны, объем, занимаемый одним атомом, равен V/N, тогда плотность вещества можно выразить так:  отсюда

Период элементарной ячейки кремния экспериментально определяется методом рентгеноструктурного анализа: a = 554,106515×10–12 м » 5,5 . Плотность определяем по молекулярному весу из масс-спектроскопии. Находим молярную массу 1 моля: M = Nama. Тогда

У каждого химического элемента существует одно и то же число изотопов, что позволяет принять за основу одной атомной единицы массы 1/12 часть массы изотопа 12C

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector