[轉貼]一莫耳到底有多少﹖

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科學家從單晶矽的X-ray測量結果中﹐得出更精確的亞佛加厥常數 (6.0221353x1023)。

現今公制度量衡的標準中﹐僅有”公斤” 的標準﹐是仍舊由存放於法國Sevres的一塊鉑-銥合金來定準。隨著科技的進步﹐其它基本物理量的公制單位﹐如光速或是電子的電荷量﹐如今都是由原子或一些基本常數來定義。有鑑於此﹐度量衡學家們覺得也該為”公斤” 尋找更精確的標準。

基本上﹐科學家們提出了兩種方法來進行這項研究﹕一種是根據浦朗克常數﹐另一種則是根據亞佛加厥常數。在本期的Metrologia期刊裡﹐德國Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) 標準實驗室的Peter Becker與比利時Institute of Reference Materials and Measurements的科學家們合作﹐發表了利用後者來重新校準物體質量單位的實驗結果。

要使用亞佛加厥常數來定義” 公斤” ﹐所必須克服的困難是如何準確地計算出到底一莫耳的物質﹐有多少原子在其中。為了達成這個目標﹐Becker等人利用稱為X-ray crystal density molar mass(XRCDMM) 的方法﹐嘗試從近乎完美的單晶矽﹐更精確地量測物質的晶格係數﹑密度﹑與莫耳質量。他們根據所得到的數據﹐將莫耳質量除以晶體密度﹐就得出所謂的莫耳體積 (一莫耳的矽原子所佔的體積)。同時﹐他們透過測量晶體的晶格大小﹐可以得到單一矽原子的體積。最後﹐將莫耳體積除以單一矽原子的體積﹐就得到了一莫耳原子的數目﹐也就是亞佛加厥常數。

Becker等人利用XRCDMM所得到的亞佛加厥常數﹐其值為6.0221353x1023。這個數字﹐與其它實驗所得到的結果大致相同。而由於實驗的限制﹐這個數字仍然有3.4x10-7的誤差。他們正在尋求International Avogadro Working Group的協助﹐希望將這個誤差降低到10-8的範圍。值得一提的是﹐Becker等人所得到的亞佛加厥常數﹐與最近由Committee on Data for Science and Technology (CODATA) 所建議的數字﹐有百萬分之一的差異。

科學裡所謂的” 常數” ﹐其名稱代表著它們的大小是不隨時空環境而改變的。大多數的人學習時﹐也是理所當然地如此接受。然而﹐卻有如Becker的科學家們﹐有心在這些看來無足輕重的問題上追根究底。至於這樣的探索何時能產生令人滿意的答案﹐就讓我們拭目以待吧。