Pharmaceutical Technology Brasil - Sólidos 2019

Pharmaceutical Technology 38 Edição Especial SÓLIDOS 2019 definidos em termos de c e Δ v Cs “. É certo que a inteligibilidade intuitiva dessa nova definição é pior que a anterior (“tanto quanto o IPK”) - devido à ligação com constantes fundamentais, ela é, no entanto, muito mais estável e à prova de futuro do que antes. De fato, o IPK perdeu aproximadamente 50 μg nos últimos 100 anos, como pode ser visto nas compara- ções com outros protótipos [2] - no entan- to, como a massa do IPK é exatamente de 1 kg por definição, estritamente falando, todas as outras massas ganharam 50 μg por kg durante esse período. Embora isso possa não parecer muito, é obviamente uma condição intolerável no mundo de alta tecnologia de hoje. Graças à nova definição, qualquer experimento pode ser usado para vincular massa a uma das constantes fundamentais - é “apenas” necessário para garantir que não haja er- ros sistemáticos neste experimento e que a incerteza de medição seja determinada adequadamente. No momento, existem duas abordagens diferentes para a ligação da massa com a constante fundamental h : o chamado experimento de Avogadro (“a esfera do silício”) e o balanço de Kibble (também chamado de equilíbrio de Planck ou equilíbrio de Watt). Essas duas abor- dagens são frequentemente retratadas como concorrentes entre si. No entanto, foi um dos pré-requisitos da redefinição que resultados comparáveis sejam obtidos de duas abordagens diferentes - ambas as experiências foram e são, portanto, necessárias. Os dois subcapítulos a se- guir fornecerão aos leitores interessados uma visão geral muito breve dessas duas realizações - explicações e mais detalhes podem ser encontrados em [3]. O experimento de Avogadro A peça central do experimento Avoga- dro é uma esfera feita de 28 Si isotopica- mente puro que, geralmente, é considerada erroneamente como um “novo quilograma de protótipo”. A verdade é que essa esfera pode ser usada para constituir a conexão necessária entre massa e a constante fundamental h: Se multiplicarmos a massa de um úni- co átomo de 28 Si, m 28Si , pelo número de átomos em uma esfera isotopicamente pura desse material, n 28Si , obteremos a massa dessa esfera, M esfera . Além disso, a massa de um único átomo pode ser obtida dividindo-se a massa de um mol dessa substância, M 28Si , pelo número de átomos em um mol, pela constante de Avogadro N A e pelo número de átomos na esfera é o volume de a esfera, V esfera , dividida pelo volume de um único átomo, V 28Si . Além disso, existe uma relação bem conhecida entre a constante de Avogadro e várias outras constantes fundamentais: A seguinte relação entre a massa da esfera, m esfera’ e a constante de Planck h pode ser derivada: O aspecto prático dessa equação é que, do lado direito, existem apenas quantidades muito conhecidas, exceto o volume da esfera, V esfera . Portanto, se alguém determina esse volume com extrema precisão - e é exatamente de onde vem a determinação vinculada a uma forma esférica, já que para uma esfera o volume pode ser determinado com mais precisão - é possível calcular a massa da esfera absolutamente. Isso pode não parecer muito empolgante a princípio, mas é de fato uma novidade inovadora, já que até agora as massas só podiam ser determinadas em relação a outras, enquanto agora é possível uma determinação absoluta. O equilíbrio de Kibble O chamado equilíbrio de Kibble (também conhecido como equilíbrio de Planck ou equilíbrio de Watt) representa outra realização da massa com base na constante de Planck, cujo princípio é bastante semelhante ao de muitas balanças eletrônicas modernas que trabalham com um chamado princípio de compensação de força eletromagnética. Em primeiro lugar, é medida a corrente I através de uma bobina de comprimento L, ne- cessária para compensar o peso da massa a ser determinada pela força eletromagnética na bobina em um campo magnético B : Numa segunda etapa, a mesma bobina é movida através do campo magnético na velocidade v, e a tensão U induzida é medida. Já que para a tensão então se aplica: as equações (3) e (4) podem ser resolvidas para B ∙ L e equacionadas, de modo que essas duas quantidades B e L, difíceis de determinar exatamente, desaparecem da equação: A tensão U pode ser medida como a dobra n da chamada tensão Josephson U J = f J ∙ h / 2e em que f J é uma frequência de micro-ondas que pode ser ajustada com muita precisão, e é a carga elementar de um elétron e h novamente é a constante de Planck. A resistência R na equação (5) pode ainda ser representada como uma fração inteira da constante de Klitzing R K = h / e 2 e, portanto, também dependente das constantes naturais e h. Portanto, a equação (5) pode ser transformada em: Portanto, da mesma maneira que a esfera de silício estabelece uma relação com a constante de Avogadro, o equilíbrio de Kibble estabelece uma relação entre a massa e a constante de Planck h, o que permite uma determinação absoluta da massa. O papel da Sartorius na redefinição É claro que a Sartorius, como uma importante parte interessada no tópico “massa”, foi envolvida na redefinição da unidade “quilograma” desde o início: Em primeiro lugar, a Sartorius está envolvida em discussões e desenvolvimentos importantes sobre a redefinição desde o começo, desempenhando papéis importantes (1) Mu: massa molar constante c: velocidade da luz; α : constante da estrutura fina; A r e : massa atômica relativa do elétron R: constante de Rydberg (2) (3) (4) (5)