摩尔

摩尔（英文名称：Mole）现时定义为国际单位制中物质的量单位，简称摩，符号为mol，1摩尔精确包含6.02214076×10个基本单元。该数称为阿伏伽德罗数，以单位mol表示的阿伏伽德罗常数N_A的固定数值。是moles的译音词，起源于希腊文，原意为堆量，最早是在1900年由德国化学家威廉·奥斯瓦尔德（Ostwald）提出用来代替克分子量、克原子量的。1971年，第14届国际计量大会（CGPM）通过决议将摩尔定为第7个国际单位制基本单位，作为物质的量的单位使用，用来计算粒子的数量、物质的质量、气体的体积、溶液的浓度、反应过程的热量变化等。

发展历史

德国物理及化学家威廉·奥斯瓦尔德（Ostwald）首次提出使用“摩尔”来代替“克分子量”。10月23日属于世界“摩尔日”，是为了纪念当年的意大利化学家阿伏伽德罗。摩尔日由国家摩尔日基金会组织，以促进人们对化学的意识及热情。摩尔日的庆祝活动从10月23日早晨6:02开始。这是因为在美式英语中，这一天的表示方法为6:0210/23，这与阿伏伽德罗常量1摩尔中的微粒数6.02×10有些相似。

德国物理及化学家威廉·奥斯瓦尔德

萌芽期

1805年，英国物理及化学家道尔顿（Dalton）提出近代原子学说。1808年道尔顿将氢的相对重量定为1。1809年，法国化学及物理学家盖·吕萨克（Gay-Lussac）提出盖·吕萨克定律。1811年，阿伏伽德罗提出分子学说，并计算出氧的相对原子量为16。

确立期

1860年，在德国卡尔斯鲁厄举行的第1次化学家国际会议将原子与分子的概念、原子量与当量、双原子O₂中O原子质量的1/16为单位原子量等问题达成了一致。1881年，德国物理学家霍特斯曼（Horstmann）引入克分子量等概念。1900年，德国物理及化学家威廉·奥斯瓦尔德（Ostwald）提出使用“摩尔”来代替“克分子量”，将摩尔定义为：在正常情况下，22414毫升任何气体分子的数量为1摩尔。

成熟期

1908年，法国物理学家佩兰（Perrin）首次将正常情况下1克分子量体积中的分子数定为1阿伏伽德罗数，用来纪念阿伏伽德罗的贡献。1960年国际纯粹与应用物理联合会（IUPAP）和国际纯粹与应用化学联合会（IUPAC）就相对原子量的统一标准达成一致，同意将C的原子量确定为12个单位，通过该标准可计算其他原子量。在1968年国际计量委员会（CIPM）会议的建议下，1971年国际计量大会（CGPM）通过决议同意将摩尔纳入国际基本单位。1980年将C限定为基态、未成键状态。2018年11月的国际计量大会（CGPM）更改摩尔的定义，将其直接定义为确定的量纲，不再依靠物质的质量而存在。

定义变迁

在摩尔成为国际单位制前，"克原子""克分子"等普遍用作表征化学元素或化合物的量单位。这些单位与原子量或分子量有直接联系，而原子量或分子量实际上是指相对质量。此后科学家把天然氧元素O的原子量定义为16。1960年国际纯粹与应用物理联合会和国际纯粹与应用化学联合会就相对原子量的统一标准尺度达成一致，将C的相对原子量定义为12，基于该统一标度给出其他的相对原子质量和相对分子质量，也可以将其称为原子量和分子量。1971年第14届国际计量大会（CGPM）通过决议，以摩尔为物质的量单位，其定义如下：摩尔是一系统的物质的量，该系统中所包含的基本单元数与0.012千克C原子数目相等。在使用摩尔时，基本单元应予指明，可以是分子、原子、离子、电子及其他粒子，或是这些粒子的特定组合。0.012kgC中所含碳原子的数目以阿伏伽德罗命名，用符号N_A表示，非常接近6.022×10。该定义表明摩尔与质量的国际单位千克直接相关，质量由保存在国际计量局的千克原器实物基准复现。2018年11月16日，第26届国际计量大会（CGPM）在法国巴黎召开。会议确定自2019年5月20日起，摩尔的定义为：摩尔，国际单位制中物质的量单位，符号mol。1摩尔精确包含6.02214076×10个基本单元。该数称为阿伏伽德罗数，为以单位mol表示的阿伏伽德罗常数N_A的固定数值。在使用摩尔时基本单元应予以指明，可以是原子、分子、离子、电子及其他粒子，或是这些粒子的特定组合。

应用

摩尔作为物质的量的单位使用，可以用来计算粒子的数量、物质的质量、气体的体积、溶液的浓度、反应过程的热量变化等。

重新定义的意义

摩尔的重新定义的最大意义在于，不管是在地球的任何角落还是在地外某个星球上，对于某个特定物质所获得的物质的量将完全一致。代表着不再通过质量单位千克实现，而是直接与阿伏伽德罗常数相关联，真正实现了将基本单位定义到基本物理常数上。并且新定义带来的不确定度并不会实质性改变摩尔质量的数值，在目前的测量水平下，摩尔的重新定义并不会对当前的化学分析带来真正的影响。

有关摩尔作为单位的争议

自1971年摩尔成为国际单位制中的单位，对此存在许多争议：①物质所含分子的数量是无量纲量，可以单纯用数字来表示，不需要再设一个单位。②单位摩尔和分析化学没有什么关系，而且在某方面会增加一些其实可以避免的费用。③摩尔不是可以真正测量的单位，算是一个参数性的单位，并且物质的量本身也是参数性的量。起初摩尔的概念是等于克分子量，后来曾被理解为是质量一类的量。比如1摩尔的氧气为32g。不论哪一种分子，只要是1摩尔，其分子数都相同，故对摩尔有第二种理解，它表示的是某个数目，尽管这个数很大，总之还是一个数，称之为分子数或粒子数。但是以上的两种理解也都有学者反对，认为摩尔所表达的既不是质量一类的量，也不是数量，而应是具有独立量纲的物理量。即不能从其它基本量导出的一个量。这三种不同意见在学术界争论了很久，直到1971年国际计量大会（CGPM）通过决议同意将摩尔纳入国际基本单位，这些争议才结束。

相关单位

摩尔为物质的量单位，物质的量是一个基本物理量，符号为n。物质的量是计量单位物质的微观基本单元的物理量，被计量的物质微粒可以是分子、原子、离子、光子、电子等微观粒子，也可以是某些微观粒子的特定组合；当物质的微粒数或其特定组合数与0.012kgC的原子数相等时，其物质的量为1mol。0.012kgC的原子数叫作阿伏伽德罗数。阿伏伽德罗数是个纯数，当阿伏伽德罗数以mol为单位时，称为阿伏伽德罗常数，符号为NA或L。

摩尔质量

摩尔质量是指单位摩尔的物质所具有的质量，符号为M，国际制单位为kg·mol。例如：O₂的相对分子质量，M_r(O₂)=321molO₂的质量m(O₂)=0.032kgO₂的摩尔质量M=m(O₂)/n(O₂)=0.032kg/1mol=32g·mol

摩尔体积

摩尔体积是指单位摩尔物质所具有的体积，符号为Vm，单位m·mol或L·mol。如标准状况（273.1k，101.325kPa）下理想气体的摩尔体积为0.022414m·mol-1=22.414L·mol≈22.4L·mol。摩尔体积的概念不限于气体，固体和液体也都可以使用摩尔体积的概念。

物质的量浓度

物质的量浓度，在以前还称“体积摩尔浓度”，指的是每升溶液中溶质B的物质的量，符号为c，单位为mol·L或mol·dm。即：

例如，c_NaCl=0.1mol·L，意思为每升溶液含0.1mol NaCl。

物质的量分数

物质的量分数又称摩尔分数，在混合物中，组分物质的量与混合物物质的量之比，符号为x。若混合物由j种物质组成，则各组分的摩尔分数x_j之和等于1。即：

质量摩尔浓度

质量摩尔浓度，定义为每1kg溶剂中溶质的物质的量，符号为b，单位为mol·kg。即：

其中，B是溶质，A是溶剂。例如，b_NaCl=0.1mol·kg，意思为每1kg溶剂中含NaCl 0.1mol。

参考资料

展开

该页面最新编辑时间为 2024年6月2日