Bibliographie & annexes
Présentation
RÉSUMÉ
Le nombre d'Avogadro est un invariant physique qui a été proposé comme une hypothèse en 1811, et conceptuellement défini seulement en 1955. Sa détermination est toujours au centre de recherches actuelles. Fortement connecté à de nombreuses unités du système international, une vaste collaboration internationale cherche à "compter" les atomes contenus dans des sphères d'un kilogramme d'un monocristal presque parfait de silicium enrichi en 28Si, afin d'obtenir une valeur plus précise du kilogramme-étalon ce qui permettra en retour de déterminer la constante d'Avogadro.
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The Avogadro's number is a physical invariant which was put forward as a hypothesis in 1811 and was not conceptually defined until 1955. Its determination is still at the core of recent research. Strongly connected to many units of the international system, a large international collaboration is trying to "count" the atoms contained in 1 kg of quasi-perfect spheres made of a silicon crystal highly enriched with 28Si in order to obtain a more precise value of the standard kilogram which will allow in turn for the determination of the Avogadro's constant.
Auteur(s)
-
Mireille DEFRANCESCHI : Agrégée de chimie - Docteur d'État en sciences physiques
INTRODUCTION
Le nombre d'Avogadro est une des constantes fondamentales. Elle est utilisée par les chimistes pour relier le monde microscopique des molécules à celui macroscopique des expériences et par les physiciens pour définir la masse des objets à partir de leurs constituants élémentaires.
En chimie, on doit tantôt parler de grandes quantités de matière, tantôt de petites. En pratique, un chimiste doit exprimer une « équation chimique » en termes d'atomes ou de molécules et la convertir en termes de masse. On ne peut évidemment pas compter le nombre d'atomes ou de molécules contenus dans un échantillon de matière. Le nombre d'Avogadro permet de compter des particules en mesurant leur masse. Étroitement liée au nombre d'Avogadro, la notion de mole permet de faire le lien entre le monde microscopique des atomes et molécules et le monde macroscopique des grammes, kilogrammes, etc. La connaissance de la constante d'Avogadro permet ainsi la détermination des masses molaires et le prélèvement de quantités de matière d'espèces chimiques.
En physique atomique et moléculaire, on utilise la constante de masse atomique (symbole m u) ou unité de masse atomique unifiée (symbole u) :
avec
nombre d'Avogadro, ce qui donne 1 u = 1,66054 × 10–27 kg.
Le nombre d'Avogadro, ou constante d'Avogadro,
est le nombre d'atomes ou de molécules (sans interaction, au repos et dans leur état fondamental) par mole de substance pure, c'est-à-dire le nombre d'atomes de 12C contenus dans 12 g exactement de carbone 12. Donc ce nombre permet d'exprimer la masse d'un atome de 12C, m(12C), par la relation :
où M (12C) = 12 g · mol–1 est la masse molaire du carbone 12.
relie bien les échelles microscopique et macroscopique.
De par sa définition, la constante d'Avogadro possède une dimension, l'inverse d'une quantité de matière et une unité d'expression dans le système international d'unités (SI) : la mole à la puissance moins un, de symbole mol–1.
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MOTS-CLÉS
KEYWORDS
mole | Avogadro's number | chemistry | fondamental physic
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Conclusion5. Détermination actuelle de la constante d'Avogadro
Le projet Avogadro vise à redéfinir le kilogramme par l'évaluation du nombre d'atomes dans un volume sphérique, à l'atome près. Il s'agit ainsi de fabriquer une sphère de silicium 28, dont la régularité de réseau permet une évaluation précise du nombre d'atomes par unité de volume.
Cette méthode a l'avantage certain de présenter au grand public un objet palpable qui représenterait le kilogramme. Elle est, en outre, plus facile à appréhender que la complexe balance de Watt. D'un point de vue scientifique, il convient d'observer que ce projet est issu d'une coopération plus étroite encore entre les recherches nationales que dans le cas de la balance du Watt, dans la mesure où les différents éléments conduisant à la création de la sphère de silicium sont réalisés dans des laboratoires du monde entier (Australie, Japon, Italie, Suède...).
Le silicium est préféré au carbone car l'industrie des semi-conducteurs sait maintenant fabriquer des monocristaux de grande taille, de grande pureté et quasi-parfaits. Il reste cependant quelques impuretés et lacunes dans le réseau, qui sont une limitation dans le cas présent.
Les étapes technologiques permettant la production d'un monocristal de 28Si sont longues et difficiles. Nous n'en présenterons que les grandes lignes. La discussion détaillée du projet international Avogadro peut être retrouvé dans et .
Lors des tentatives précédentes, le facteur limitant le plus important a été la mesure de la masse molaire moyenne du silicium naturel,...
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Détermination actuelle de la constante d'Avogadro
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - AVOGADRO (A.) - Essai d'une manière de déterminer les masses relatives des molécules élémentaires des corps, et les proportions selon lesquelles elles entrent dans ces combinaisons. - Journal de Physique, 73, p. 58-76 (1811).
-
(2) - KASTLER (A.) - Le concept d'atomes depuis cent ans. - Journal de Physique Colloque C10, supplément au no 11-12, Tome 34, p. C10-33, nov.-déc. 1973 http://www.dx.doi.org/10.1051/jphyscol:19731004.
-
(3) - LOSCHMIDT (J.) - Zur Größe der Luftmoleküle Sitzungsberichte der kaiserlichen Akademie der Wissenschaften. - Wien, 52(2), p. 395-413 (1865).
-
(4) - PLANCK (M.) - On the law of distribution of energy in the normal spectrum. - Annalen der Physik, vol. 4, p. 553 ff (1901).
-
(5) - PERRIN (J.) - Mouvement brownien et constantes moléculaires. - C. R. Acad. Sci. Paris, 149, p. 477-479 (1909).
-
...
ANNEXES
Particle data group https://pdg.lbl.gov/
Atomic Mass Data Center http://www.nndc.bnl.gov/amdc/web/amdcw_fr.html
Unité de quantité de matière http://www.bipm.org/fr/si/si_brochure/chapter2/2-1/mole.html
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