redefinição das unidades de massa e de quantidade de matéria · (ou valor medido de uma...

Redefinição das unidades

de massa e

de quantidade de matéria

Maria Filomena Camões mfcamoes@fc.ul.pt

21 de Maio 2018

226,029 g = (113, 640 + 57,295 + 28,569+ 14,285 + 6,988 + 3,548 + 1,704) g

Convenção do Metro

20 Maio 1875

Colaboração na

Ciência da Medição

Antoine Lavoisier (1743 – 1794)

https://www.bipm.org

PRINCÍPIO DA CONSERVAÇÃO DA MASSA

Nada se cria, nada se perde, tudo se transforma

2 HgO 2Hg + O2

IPK- Protótipo Internacional do quilograma, mIPK = 1 kg (BIPM 1889)

Cilindro de platina

iridiada (90:10);

diâmetro e altura de 39 mm

28 de Setembro 1889-

O BIPM distribui a Portugal

- Protótipo nº 10 do Quilograma

- Protótipo nº 10 do Metro Padrão

1946- MKSA metro/m, quilograma/kg, segundo/s, ampere/A

1960- SI kelvin/K e candela/cd

1971- Quantidade de matéria (Pt), quantidade de substância (Br),

(Amount of substance) mole/mol

Medição Processo de obtenção experimental dum ou mais valores que podem ser, razoavelmente, atribuídos a uma grandeza

Medida

(ou Valor medido de uma grandeza)

Valor de uma grandeza que representa

um resultado de medição

Convenção do Metro

1875

Tratado

Diplomático

CGPM

CIPM

Comissões

Consultivas

BIPM

Governos

Organizações

Internacionais

Laboratoório

Nacionais

Organização de medições à escala internacional

A nova abordagem global

© European Communities, 2003- 2007 Novembro de 2007

MiC-2

HIERARQUIA DO SISTEMA METROLÓGICO

COMPARABILIDADE

Indústria e outros sectores

Ensaios

Calibração

Padrões

Nacionais

BIPM

Padrões de trabalho dos

laboratórios

Padrões de referência dos laboratórios

de ensaio acreditados

Padrões de referência dos laboratórios

de calibração acreditados

Padrões dos Institutos Nacionais

de Metrologia

Padrões Internacionais

Unidades do SI

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Adequação ao fim em vista (Fitness for the purpose)

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Meta: incerteza de medição de 2 partes

em 108, i.e. 20 μg em 1 kg.

Critério: Valor da Planck Constant (h)

com precisão adequada obtido pela

balança de Watt.

25th Reunião CGPM, Novembro 2014

26th Reunião CGPM, Novembro 2018

Aprovação

A Common Language for Chemistry

28 July 2019

https://www.spq.pt/ QUIMICA, 148, 42 (2018) 29

A definição proposta, baseada nas equações da

relatividade (E=mc2) e de Plank ( E=hν), fixa o

quilograma (kg) ao valor numérico da

constante de Planck,

h= 6.626 070040 × 10−34 kg m2 s−1.

Uma balança de Watt mede a razão h/mIPK

com uma incerteza de 2 partes em 108,

isto é 20 μg em 1 kg.

Unidade de quantidade de matéria

(quantidade de substância/amount of substance)

Uma mole (1mol) passará a ser a quantidade

de matéria, quantidade de substância, ou

quantidade química, com exactamente

6.022140 76 × 1023 entidades elementares.

Este número é a constante de Avogadro, NA,

expressa em mol−1, e designa-se por número de

Avogadro.

Uma entidade elementar, pode ser um átomo,

uma molécula, um ião, um electrão, ou outra

partícula ou grupo de partículas conforme

especificado.

Unidade de massa

7.2 Incerteza associada a medição de massa

Quantidade de matéria que contém

tantas entidades elementares quantos os

átomos que existem em 0,012 kg de C-12

Massa do protótipo de platina iridiada sancionado

pela Conferência Geral de Pesos e Medidas,

Paris1889, e que se encontra depositado no

Pavilhão Internacional de Pesos e Medidas.

https://www.nist.gov/pml/nist-do-it-yourself-watt-balance-made-lego%C2%AE-bricks

O BIPM decidiu redefinir o quilograma em função da constante de Planck, com a balança de Watt.

Proposta inicial: Medir com maior precisão a Constante de Avogadro (número de átomos de C-

12 presentes em 12 g de C-12 puro), NA fixá-la, e usá-la para a redefinição do quilograma.

O projeto criou duas esferas quase perfeitas de um quilograma de monocristal ultra puro (99,995%) de

Si-28. O diâmetro nominal de uma esfera de 1 quilograma de Si-28 é de 93,6 mm. As esferas têm

variações no diâmetro de no máximo 60 nm, medido com margem de erro inferior a 0,6 nm.

Phys. Rev. Lett. 106, 030801 (2011), B. Andreas, et al.

O projeto Avogadro é complementar ao projeto que utiliza a balança de Watt.

http://visao.sapo.pt/actualidade/sociedade/2017-11-01

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Rastreabilidade - “propriedade de um resultado de medição pela qual tal resultado pode ser relacionado a uma referência através de uma cadeia ininterrupta e documentada de calibrações, cada uma contribuindo para a incerteza de medição”. Joint Committee for Guides in Metrology,

International vocabulary of metrology – basic and general concepts and associated terms (VIM- 2.41 a ),

As definições não têm erro

MÁQUINA DO TEMPO

O Universo é feito essencialmente de coisa nenhuma.

Intervalos, distâncias, buracos, porosidade etérea.

Espaço vazio, em suma.

O resto, é a matéria.

Daí, que este arrepio,

este chamá-lo e tê-lo, erguê-lo e defrontá-lo,

esta fresta de nada aberta no vazio,

deve ser um intervalo.

António Gedeão/Rómulo Vasco da Gama de Carvalho

Lisboa, 1906-11-24 - 1997-02-19

Dia Nacional da Cultura Científica

Correctly calculating the number of atoms in a 94-mm diameter sphere requires extraordinary materials. To minimize uncertainties, the Avogadro project scientists rely on measurements taken with what may be the roundest objects in the world: silicon spheres whose surfaces are so flat that if they were blown up to the size of the Earth, the distance between the tallest mountain and deepest ocean would be just 3-5 meters (about 10-15 feet). The balls are highly enriched, consisting of 99.9995% silicon-28 with a minimum of the other isotopes found in natural-abundance silicon. This purity simplifies the counting calculations by ensuring that most of the atoms have identical masses, and the sphere's crystalline structure gives its atoms a predictable pattern of spacing. Optical interferometers have allowed researchers to measure the sphere's width to nanometer precision, while x-ray crystallography provides images of the crystal's structure. Currently there are only two of these super-spheres, shared by all the teams within the international collaboration, due to the difficulty and expense of manufacturing them: they each cost about $3.2 million and had to be hand-crafted by a master lens maker.

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uniform crystal of silicon-28, carefully machined into spheres with a mass of 1 kg based on the current definition. With precise geometrical information — the mass and dimensions of the sphere, as well as the spatial parameters of the silicon's crystal lattice — they can use the well-known mass of each individual silicon atom to calculate the total number of atoms in the sphere. And this information, in turn, lets them determine NA. Their best measurement to date is 6.022 140 82(18)x1023 mol-1 (constituents per mole) with a relative uncertainty of 30 parts per billion, or 3.0 x 10-8. (The last two digits, in parentheses, are an expression of absolute uncertainty and can be read as "plus or minus 0.000 000 18 mol-1.")

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