一摩尔原子有多少？阿伏伽德罗常数又更新了！

北京方程生物

2015/09/01 17:13

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文章来自果壳网；北京方程佰金转发

一摩尔的原子有多少个？在教科书上，答案通常是6.02x1023，这个数字也就是阿伏伽德罗常数。这个近似值足以应付化学习题，但它还远远不够精确。那么，精确一点的阿伏伽德罗常数应该是多少呢？《物理与化学参考数据期刊》（Journal of Physical and Chemical Reference Data）上发表的一项研究给出了最新的答案：6.02214082(11)x1023（括号中的数字表示最后两位估值数字的不确定性，确切地说，阿伏伽德罗常数还要加上单位mol-1）。

在此前，研究团队已经对阿伏伽德罗常数进行了若干次的测算。他们采取的测量方法是计数1千克重的高纯硅-28球体中有多少个原子。当硅结晶时，它会形成规律的晶格结构，每个基本的晶胞中含有8个硅原子。如果能分别得知硅晶体总的体积，以及每一个硅原子所占的体积，就可以计算出其中硅原子的数量，而这可以通过对晶格参数（lattice parameter）的测量实现。在今年的早些时候，研究团队测得了新的阿伏伽德罗常数，测量的误差控制在每十亿个原子相差20个原子以内，与2011年的测量结果相比更加精确。最终，综合多次测算结果，研究团队得出了上述阿伏伽德罗常数的最新数值。

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测量阿伏伽德罗常数所使用的硅晶体球。图片来自：Eurekalert

更精确的阿伏伽德罗常数有什么用？一个重要的用途是赋予“千克”这个质量单位更加精确的定义。一千克质量的标准来自一个铂铱合金的“标准”圆柱体，但无论性质多么稳定，千克原器的质量实际上也不能保持恒久不变，因此计量学界希望可以用物理常数替代实物来重新对千克进行定义。

在经过长时间的讨论和研究之后，千克将会在2018年通过普朗克常量正式进行重新定义（更多阅读：新型原子钟有望重新定义“千克”单位）。在那之前，科学家们需要首先保证普朗克常量的数值足够精确，而测算阿伏伽德罗常数是间接为普朗克常数“校准”的一种方式。虽然阿伏伽德罗常数并没有正式成为定义质量单位的标准，但计数这些硅原子依然可以帮助人们检查基于普朗克常数的新标准是否足够准确。（编辑：窗敲雨）