作者:宋檢 時(shí)間:2022-11-09 來源:互聯(lián)網(wǎng)
作為連接原子和宏觀尺度的阿伏伽德羅常數(shù)NA代表一個(gè)摩爾的無量綱實(shí)體數(shù)。要解決準(zhǔn)確得出這個(gè)數(shù)值的問題,需要以高精度對單晶體進(jìn)行直接計(jì)數(shù)。阿伏伽德羅常數(shù)NA可以用硅晶體的參數(shù)表示為
NA=nM/ρa(bǔ)03 (1)
式中:NA——摩爾體積nM與原子體積ρa(bǔ)03之比,即摩爾質(zhì)量Mmol與原子質(zhì)量mat之比,即
NA=nM/Vat=Mmol/mat
NA=Vmol/Vat=Mmol/mat (2)
因此,必須對以下量進(jìn)行準(zhǔn)確測量:
單晶硅原子所占的體積,這要從高度**和高純硅晶體的結(jié)構(gòu)和晶格間距的知識(shí)導(dǎo)出。這些測量因此包含了雜質(zhì)原子的含量及自身的缺陷。
同類晶體的宏觀密度、硅晶體的摩爾質(zhì)量和同位素組分(Si有3種穩(wěn)定的同位素:28Si、29Si和30Si)。為了避免同位素29Si和30Si含量的影響,國際上目前采用純同位素28Si制造的硅密度基準(zhǔn)和X射線干涉儀。
我們知道,X射線的波長在(0.01~100)nm范圍內(nèi),正好處于晶體間距的量級,因此成為晶體間距測量的合適的光源。X射線干涉儀的原理就是用3塊硅晶體構(gòu)成干涉儀的主體,如圖3右下方所示。鉬Kα射線射入**塊晶體后,由于X射線的衍射效應(yīng)分成兩束,一束是透過束,另一束是衍射束。再經(jīng)第二塊晶體后,由于衍射效應(yīng)又匯聚在第三塊晶體上。前兩塊晶體的位置是固定的,而第三塊晶體是可移動(dòng)的,如圖3中箭頭所示,稱為分析器。當(dāng)分析器每移動(dòng)一個(gè)晶格間距,在晶體上匯聚的X射線的強(qiáng)度會(huì)發(fā)生一次強(qiáng)弱的變化,類似于光學(xué)干涉儀的明暗條紋。因此,在分析器平穩(wěn)地沿著晶格間距的方向作平移時(shí),接收X射線周期性的強(qiáng)弱信號(hào)相當(dāng)于記錄了晶格間距的移動(dòng)數(shù)量。如果能記錄一百萬個(gè)移動(dòng)信號(hào)數(shù),測量的不確定度就可達(dá)1×10-6量級,這時(shí)的移動(dòng)量為0.2mm。在20世紀(jì)后幾十年內(nèi),美、德和日本等國的X射線干涉儀的分析器的移動(dòng)量一般都在100mm的量級,因此,測量硅晶格間距的不確定度均在10-8量級。因此,用阿伏伽德羅常數(shù)的測量數(shù)值來定義物質(zhì)的量摩爾,已具備了足夠的條件,但要定義質(zhì)量千克,其測量不確定度尚需提高一個(gè)量級,這也是國際上產(chǎn)生爭議的主要原因。
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