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Curso: Técnico em Química integrado ao Ensino Médio. Unidade curricular: Metrologia Química Professor: Clodoaldo Machado Alunxs: Amanda Caroline do Nascimento e Marco Antônio Dall’Igna Paim. Data: 16 de Setembro de 2018. PROTÓTIPO FÍSICO DO QUILOGRAMA As unidades de medidas, de modo geral, fazem-se muito presente no cotidiano das pessoas. Entretanto, foram por muito tempo arbitrárias e imprecisas, gerando assim diversos problemas nos mais variados setores, como o de comércio, onde não propiciavam relações de justas trocas. A padronização dessas diversas unidades de medidas, que acabaram por facilitar suas utilizações, tanto nacionais quanto internacionais, se deu através do Sistema Internacional de Unidades (SI) (Oliveira; Oliveira; Carneiro Junior, 2015). Consoante ao INMETRO (2015), o Sistema Internacional de Unidades possui sete unidades de base, sendo estas comprimento, massa, tempo, corrente elétrica, quantidade de matéria, temperatura termodinâmica e intensidade luminosa, possuindo ainda outras que derivam-se destas. Para seis das sete unidades de base tem-se, atualmente, definições. As quais passaram por diversas atualizações até que obtivesse-se uma definição com exatidão e precisão considerável. Todavia, não possui-se uma definição, mas sim um padrão físico, para a unidade de base massa (INMETRO, 2003). Desse modo, confirmou-se que: “O quilograma é a unidade de massa (e não de peso, nem força); ele é igual à massa do protótipo internacional do quilograma” (INMETRO, p. 23, sd). Este protótipo internacional, constituído de platina iridiada, é mantido no Bureau Internacional de Pesos e Medidas localizado na França, nas condições que foram fixadas na primeira Conferência Geral de Pesos e Medidas (CGPM, sd). Destarte um quilograma em qualquer lugar do mundo corresponde a massa desse protótipo. De acordo com Corradi, Oliveira e Nemes (2010), para que pudessem ser realizadas padronizações e calibrações em diferentes países, vários países receberam um padrão secundário. O padrão secundário brasileiro é mantido no Laboratório de Massa do Inmetro (LAMAS, sd). Hodiernamente apesar de não existir um padrão mais confiável e preciso, muito discute-se sobre a substituição do protótipo do quilograma por uma definição, devido aos diversos empecilhos causados. Enquanto as outras unidades base podem ser reproduzidas por diversos laboratórios habilitados em qualquer país, a calibração da unidade de massa deve ser feita única e exclusivamente com este protótipo, no país onde este localiza-se, gerando-se assim uma certa concentração de poder político (Corradi; Oliveira; Nemes, 2010). Ademais, um dos grandes problemas com objetos físicos se dá ao fato de estes podem ter sua massa alterada, gerando pequenas variações nas últimas casas decimais, que podem parecer pequenas, mas na realidade comprometem extremamente sua precisão. Ou seja, o protótipo físico, tal como se tem hoje, pode ter massa superior ou inferior a que possuía quando produzido em 1884 (INMETRO, sd). Outros empecilho podem ser citados, tais como: o enorme esforço que tem-se para a cadeia de rastreamento entre o quilograma padrão e o quilograma presente no cotidiano das pessoas; e a imprecisão que acaba-se tendo conforme desce-se a hierarquia, desde o protótipo até, por exemplo, uma balança em um supermercado (INMETRO, sd). Não obstante, substituir este protótipo não é algo fácil. Uma definição poderia apresentar-se menos precisa, gerando portanto uma maior incerteza que a própria perda de massa deste padrão físico. Existem vários projetos em busca de uma definição em termos de uma constante fundamental. Nos dias que correm duas propostas estão sendo testadas (Instituto Português da Qualidade, 2011). Em uma delas o quilograma é associado a unidades elétricas (Balança de Watt) e em outro, este é associado a uma massa atômica (projeto Avogadro). Para que uma definição pudesse ser estabelecida a partir do número de Avogadro, sua incerteza deveria ser diminuída, de modo a aumentar em cerca de cem vezes esse número. O IAC é o projeto científico que tivera como objetivo inicial a redefinição da unidade de massa em função da constante de Avogadro. Outrossim, encetado com empenho internacional objetivando determinar a constante (NA) de Avogadro com uma incerteza de aproximadamente 2,0x10-8 utilizando de um cristal de silício isotopicamente enriquecido. Este projeto iniciou seu funcionamento em 2004 e perdurou até o ano de 2011, retomando suas atividades de 2012 pelo Memorando de Entendimento entre BIPM, INRIM, NMIA, NMIJ e PTB (BIPM, 2015). Em 2011, o número de Avogadro foi determinado N A= 6,02214082(18)x10-23 mol −1 com uma incerteza de 3,0 x 10-8. O mais recente determinação do Avogadro, publicado em 2015, é de NA = 6,02214076(12) x10-23 mol−1, com a incerteza de 2,0 x10 -8 (BIPM, 2015). Sendo assim, pode-se dizer que o projeto pretende relacionar o quilograma com uma massa atômica, neste caso utilizando uma esfera de silício. Para determinar a constante de Avogadro, a escolha recaiu no Silício, que pode ser obtido em forma de um grande monocristal, com elevado grau de pureza. Para determinar a constante de Avogadro é utilizada uma esfera de monocristal de Silício polida, de 5 kg, cuja densidade é calculada a partir de sua massa m (usando a atual definição de massa) e do seu volume V (medindo o diâmetro e a esfericidade da esfera). Este método reduz-se a medir N A com uma incerteza de 1 parte em 10-8 que é a incerteza na atual definição do quilograma (INMETRO, 2015). Desse modo, o objetivo passa a ser a determinação do rácio entre a massa do isótopo e a massa do protótipo, onde através deste rácio obtêm-se o próprio número de Avogadro (Instituto Português da Qualidade, 2011). Consoante a Rau e Hayes (2012), o segundo projeto (a balança de Watt) tem como princípio associar o quilograma a unidades elétricas, é um instrumento eletromecânico que mede, com uma alta precisão, o peso de uma massa de ensaio. A medição é realizada em duas etapas: uma etapa de pesagem estática, seguida por uma etapa de movimento dinâmico. Na etapa de pesagem estática, a massa de teste é suspensa em um dos braços da balança, enquanto uma bobina imersa num campo magnético horizontal é suspensa no outro braço. Quando a bobina é alimentada com uma corrente elétrica, a interação entre a corrente elétrica e o campo magnético produz uma força eletromagnética vertical. Na etapa de movimento dinâmico, a massa de ensaio é removida e a bobina é deslocada com uma velocidade constante (vertical), através do campo magnético horizontal, induzindo uma tensão elétrica mensurável na bobina. Dois fenômenos, conhecidos como o efeito de Josephson e efeito de Hall quântico, permitem aos investigadores determinar com precisãoa resistência e a tensão, e, portanto, também, calcular a corrente elétrica (lei de Ohm) (Rau; Hayes, 2012). Destarte, pode-se definir o quilograma a partir da massa suspensa em equilíbrio pela força eletromagnética gerada por determinada quantidade de corrente elétrica, a qual atravessa a bobina do sistema. Segundo Fapesp (2017), a mudança da definição de massa democratizará a capacidade de realizar-se a medição do quilograma com precisão. Partindo do pressuposto de que a grandeza invariável utilizada para definição do quilograma é a constante de Planck, e que tanto a balança de Watt quanto o projeto Avogadro fornecem um valor para esta, ambos os métodos acabam por se completar. Após tantos anos de pesquisas, em Julho de 2018 o valor dessa constante deveria ser por fim definido, possuindo portanto, um grau de precisão suficiente para ser então utilizado para elaboração de uma definição para massa (FAPESP, 2017). REFERÊNCIAS BIPM. The Avogadro project. 2015. 1 f. Dissertação (Mestrado) - Curso de Metrologia, Bureau Internacional de Pesos e Medidas, França, 2015. Disponível em: <https://www.bipm.org/en/bipm/mass/avogadro/>. Acesso em: 16 set. 2018. CORRADI, Wagner; OLIVEIRA, Wanderson Silva de; NEMES, Maria Carolina. FUNDAMENTOS DE FÍSICA I. 2010. 301 f. Tese (Doutorado) - Curso de Física, Universidade Federal de Minas Gerais, Belo Horizonte, 2010. Disponível em: <http://lilith.fisica.ufmg.br/~wag/TRANSF/FMECDIST/FUNDAMENTOS_FISICA_I_ENVIADO_EDIT ORA_2010_WCORRADI.pdf>. Acesso em: 16 set. 2018. FAPESP. Para manter o peso. 2017. 4 f. Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo, São Paulo, 2017. Disponível em: <http://revistapesquisa.fapesp.br/wp-content/uploads/2017/06/062-065_quilo_256.pdf>. Acesso em: 16 set. 2018. INMETRO. Possíveis mudanças no Sistema Internacional de Unidades (SI). sd. 6 f. Instituto Nacional de Metrologia, Qualidade e Tecnologia, Xerém, sd. Disponível em: <http://www.inmetro.gov.br/inmetro/pdf/cgpm24.pdf>. Acesso em: 16 set. 2018. INMETRO. Sistema Internacional de Unidades. 2003. 117 f. Curso de Si, Instituto Nacional de Metrologia, Normalização e Qualidade Industrial, Duque de Caxias, 2003. Disponível em: <http://www.if.ufrj.br/~toni/SI.pdf>. Acesso em: 16 set. 2018. Instituto Português de Qualidade. Massa. 2011. 1 f. Tese (Doutorado) - Curso de -, Ipq, -, 2011. Disponível em: <http://www1.ipq.pt/PT/Metrologia/Materiais%20Didaticos/Massa%20-%20grandeza%20de%20base %20do%20SI%20cuja%20unidade%20%C3%A9%20o%20quilograma.pdf>. Acesso em: 16 set. 2018. OLIVEIRA, Anderson Pereira de; OLIVEIRA, Rodnei de Paula; CARNEIRO JUNIOR, Julio Cesar. Descrição padrão das unidades de medidas. 2015. 15 f. Curso de Engenharia de Produção, Associação Educacional Don Bosco, Rio de Janeiro, 2015. Disponível em: <https://www.aedb.br/wp-content/uploads/2015/04/19124.pdf>. Acesso em: 16 set. 2018. RAU, Marlene; HAYES, Eleanor. O princípio da balança de watt. 2012. 3 f. Science In School, 2012. Disponível em: <https://www.scienceinschool.org/sites/default/files/teaserMaterial/issue25_metrology_balance_port uguese.pdf>. Acesso em: 16 set. 2018.
