Моль (единица)

Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
крот
Система единицБазовая единица СИ
ЕдиницаКоличество вещества
Символмоль
Конверсии
1 моль в ...... равно ...
   Базовые единицы СИ   1000 ммоль

Моль (символ: мол ) является единицей измерения для количества вещества в Международной системе единиц (СИ). Он определяется как точно6.022 140 76 × 10 23 частиц, которые могут быть атомами , молекулами , ионами или электронами . [1]

Определение было принято в ноябре 2018 года в качестве одного из семи основных единиц СИ , [1] пересмотр предыдущего определения , что указанный один моль как количество вещества в 12 грамм на углероде-12 ( 12 C), с изотопом из углерода .

Номер 6.022 140 76 × 10 23 ( число Авогадро ) было выбрано таким образом, чтобы масса одного моля химического соединения в граммах численно равнялась для большинства практических целей средней массе одной молекулы соединения в дальтонах . Так, например, один моль воды содержит6,022 140 76 × 10 23 молекул, общая масса которых составляет около 18,015 грамма, а средняя масса одной молекулы воды составляет около 18,015 дальтон.

Моль широко используется в химии как удобный способ выразить количество реагентов и продуктов химических реакций. Например, химическое уравнение 2H 2 + O 2 → 2H 2 O можно интерпретировать как означающее, что на каждые 2 моля дигидрогена (H 2 ) и 1 моль диоксида кислорода (O 2 ), которые вступают в реакцию, приходится 2 моля воды (H 2 O) форма. Моль также можно использовать для измерения количества атомов, ионов, электронов или других объектов. Концентрация раствора обычно выражаются его молярностью, определяемый как количество растворенного вещества в моль (ах) на единицу объема раствора, для которого обычно используется единица измерения моль на литр (моль / л), обычно сокращенно М.

Термин грамм-молекула (г-моль) раньше использовался для «моля молекул», [2] и грамм-атом (г-атом) для «моля атомов». Например, 1 моль MgBr 2 - это 1 грамм-молекула MgBr 2, но 3 грамм-атома MgBr 2 . [3] [4]

Концепции [ править ]

Природа частиц [ править ]

Моль - это, по сути, количество частиц. [5] Обычно подсчитанные частицы являются химически идентичными, индивидуально разными. Например, раствор может содержать определенное количество растворенных молекул, которые более или менее независимы друг от друга. Однако в твердом теле составляющие частицы закреплены и связаны в виде решетки, но при этом они могут быть отделены без потери своей химической идентичности. Таким образом, твердое вещество состоит из определенного числа молей таких частиц. В других случаях, таких как алмаз, где весь кристалл по существу представляет собой одну молекулу, моль по-прежнему используется для выражения количества связанных вместе атомов, а не количества нескольких молекул. Таким образом, общие химические соглашения применяются к определению составляющих частиц вещества, в других случаях могут быть указаны точные определения. Масса 1 моля вещества равна его относительной атомной или молекулярной массе в граммах.

Молярная масса [ править ]

Молярная масса вещества является масса 1 моля этого вещества, в упаковке на грамм . Количество вещества - это количество молей в образце. Для большинства практических целей величина молярной массы численно совпадает со средней массой одной молекулы, выраженной в дальтонах . Например, молярная масса воды составляет 18,015 г / моль. [6] Другие методы включают использование молярного объема или измерение электрического заряда . [6]

Количество молей вещества в образце получается делением массы образца на молярную массу соединения. Например, 100 г воды - это примерно 5,551 моль воды. [6]

Молярная масса вещества зависит не только от его молекулярной формулы , но и от распределения изотопов каждого химического элемента, присутствующего в нем. Например, масса одного моля кальция-40 равна39,96259098 ± 0,00000022 грамма , тогда как масса одного моля кальция-42 равна41,95861801 ± 0,00000027 граммов , а на один моль кальция с нормальной смесью изотопов40.078 ± 0,004 грамма .

Молярная концентрация [ править ]

Молярная концентрация , которая также называется молярностью , раствор некоторого вещества число молей в расчете на единицу объема конечного раствора. В СИ его стандартной единицей является моль / м 3 , хотя используются более практичные единицы, такие как моль на литр (моль / л).

Молярная доля [ править ]

Мольная доля или мольная доля вещества в смеси (например , в виде раствора) представляет собой количество молей соединения в одном образце из смеси, разделенное на общем количестве молей всех компонентов. Например, если 20 г NaCl растворяется в 100 г воды, количество двух веществ в растворе будет (20 г) / (58,443 г / моль) = 0,34221 моль и (100 г) / (18,015 г / моль) = 5,5509 моль соответственно; а мольная доля NaCl составит 0,34221 / (0,34221 + 5,5509) = 0,05807.

В смеси газов парциальное давление каждого компонента пропорционально его молярному соотношению.

История [ править ]

Авогадро, вдохновивший константу Авогадро

История мола неразрывно связана с историей молекулярной массы , атомных единиц массы и числа Авогадро .

Первая таблица стандартного атомного веса (атомной массы) была опубликована Джоном Дальтоном (1766–1844) в 1805 году на основе системы, в которой относительная атомная масса водорода была определена как 1. Эти относительные атомные массы были основаны на стехиометрическом соотношении. пропорции химических реакций и соединений, факт, который в значительной степени способствовал их принятию: химику не нужно было подписываться под атомной теорией (недоказанная гипотеза в то время), чтобы использовать таблицы на практике. Это привело бы к некоторой путанице между атомными массами (продвигаемыми сторонниками атомной теории) и эквивалентными весами. (продвигаемый его противниками и который иногда отличался от относительной атомной массы на целочисленный коэффициент), который просуществовал на протяжении большей части девятнадцатого века.

Йенс Якоб Берцелиус (1779–1848) сыграл важную роль в определении относительных атомных масс с постоянно возрастающей точностью. Он также был первым химиком, который использовал кислород в качестве стандарта, к которому относились другие массы. Кислород является полезным стандартом, поскольку, в отличие от водорода, он образует соединения с большинством других элементов, особенно с металлами . Однако он решил зафиксировать атомную массу кислорода равной 100, что не прижилось.

Шарль Фредерик Герхард (1816–56), Анри Виктор Реньо (1810–78) и Станислао Канниццаро (1826–1910) расширили работы Берцелиуса, разрешив многие проблемы неизвестной стехиометрии соединений, а использование атомных масс привлекло внимание публики. большой консенсус ко времени Конгресса в Карлсруэ(1860). Соглашение вернулось к определению атомной массы водорода как 1, хотя на уровне точности измерений в то время - относительная погрешность около 1% - это было численно эквивалентно более позднему стандарту кислорода = 16. Однако химическое удобство. Наличие кислорода в качестве первичного эталона атомной массы стало еще более очевидным с развитием аналитической химии и потребностью во все более точных определениях атомной массы.

Название « моль» - это перевод 1897 года немецкой единицы « Мол» , придуманной химиком Вильгельмом Оствальдом в 1894 году от немецкого слова Molekül ( молекула ). [7] [8] [9] Родственная концепция эквивалентной массы использовалась, по крайней мере, столетием раньше. [10]

Стандартизация [ править ]

Развитие масс-спектрометрии привело к принятию кислорода-16 в качестве стандартного вещества вместо природного кислорода. [ необходима цитата ]

Определение кислорода-16.004 было заменено определением, основанным на углероде-12 в 1960-х годах. Международное бюро мер и весов определило моль как «количество вещества в системе, которая содержит столько элементарных единиц, сколько атомов содержится в 0,012 килограмма углерода-12». Таким образом, по этому определению, один моль чистого 12 С имел массу ровно 12  г . [2] [5] Четыре различных определения были эквивалентны в пределах 1%.

Основа шкалыОснование шкалы
относительно 12 C = 12
Относительное отклонение
от шкалы 12 C = 12
Атомная масса водорода = 11,00794 (7)-0,788%
Атомная масса кислорода = 1615,9994 (3)+ 0,00375%
Относительная атомная масса 16 O = 1615.9949146221 (15)+ 0,0318%

Поскольку определение грамма не было математически привязано к определению дальтона , количество молекул на моль N A (постоянная Авогадро) необходимо было определить экспериментально. Экспериментальное значение, принятое CODATA в 2010 г., составляет N A =(6.02214129 ± 0.00000027) × 10 23  моль -1 . [11] В 2011 году оценка была уточнена до(6.02214078 ± 0.00000018) × 10 23  моль -1 . [12]

Крот был сделан седьмой базовой единицей СИ в 1971 году 14-м CGPM. [13]

Новое определение базовых единиц СИ в 2019 г. [ править ]

В 2011 году на 24-м заседании Генеральной конференции по мерам и весам (CGPM) был согласован план возможного пересмотра определений базовой единицы СИ в неопределенный срок.

16 ноября 2018 года после встречи ученых из более чем 60 стран на CGPM в Версале, Франция, все базовые единицы СИ были определены в виде физических констант. Это означало, что каждая единица СИ, включая моль, не будет определяться в терминах каких-либо физических объектов, а скорее они будут определяться константами, которые по своей природе являются точными. [1]

Такие изменения официально вступили в силу 20 мая 2019 года. После таких изменений термин «один моль» вещества был переопределен как содержащий «ровно 6.022 140 76 × 10 23 элементарных сущностей "этой субстанции. [14] [15]

Критика [ править ]

С момента его принятия в Международную систему единиц в 1971 году возникла многочисленная критика концепции крота как единицы, такой как метр или секунда :

  • количество молекул и т. д. в данном количестве материала является фиксированной безразмерной величиной, которая может быть выражена просто как число, не требующее отдельной базовой единицы; [5] [16]
  • официальный крот основан на устаревшей континуальной (не полностью атомистической) концепции материи;
  • термодинамический моль SI не имеет отношения к аналитической химии и может стать причиной затрат, которых можно избежать для стран с развитой экономикой; [17]
  • моль не является истинной метрической (т. е. мерной) единицей, скорее это параметрическая единица, а количество вещества является параметрической базовой величиной; [18]
  • СИ определяет количество сущностей как количество размерности один и таким образом игнорирует онтологическое различие между сущностями и единицами непрерывных величин . [19]

В химии со времен закона об определенных пропорциях Пруста (1794 г.) было известно, что знания массы каждого из компонентов химической системы недостаточно для определения системы. Количество вещества можно описать как массу, деленную на «определенные пропорции» Пруста, и содержит информацию, которая отсутствует только при измерении массы. Как показывает закон парциальных давлений Дальтона (1803 г.), измерение массы даже не обязательно для измерения количества вещества (хотя на практике это обычно). Между количеством вещества и другими физическими величинами существует множество физических соотношений, наиболее заметной из которых является закон идеального газа. (где связь впервые была продемонстрирована в 1857 году). Термин «родинка» впервые был использован в учебнике для описания этих коллигативных свойств . [ необходима цитата ]

Подобные единицы [ править ]

Как и химики, инженеры-химики широко используют моль единицы, но для промышленного использования могут быть более подходящими другие кратные единицы. Например, единицей измерения объема в системе СИ является кубический метр, что намного больше, чем обычно используемый литр в химической лаборатории. Когда количество вещества также выражается в кмоль (1000 моль) в промышленных процессах, численное значение молярности остается прежним.

Для удобства избежать преобразований в имперских (или американских обычных единицах ), некоторые инженеры приняли фунт-моль (обозначение фунт - моль или фунт - моль ), который определяется как число лиц в 12 фунтов на 12 ° С Один фунта - моля равно453,59237 моль , [20], что соответствует количеству граммов в международном аверирдупуа-фунте .

В метрической системе инженеры-химики когда-то использовали килограмм-моль (обозначение кг-моль ), которое определяется как количество единиц в 12 кг при температуре 12 ° C, и часто называют моль грамм-моль (обозначение g- моль ) при работе с лабораторными данными. [20]

В конце 20-го века в химической инженерной практике стали использовать киломоль (кмоль), который численно идентичен килограмм-моль, но имя и символ которого соответствуют соглашению СИ для стандартных кратных метрических единиц - таким образом, кмоль означает 1000 моль. Это эквивалентно использованию кг вместо г. Использование kmol не только для «удобства величины», но также делает уравнения, используемые для моделирования систем химической инженерии, согласованными . Например, для преобразования расхода из кг / с в кмоль / с требуется только молекулярная масса без коэффициента 1000, если не использовалась основная единица СИ - моль / с.

Освещение теплицы и камеры выращивания для растений иногда выражается в микромолях на квадратный метр в секунду, где 1 моль фотонов = 6,02 × 10 23 фотонов. [21]

День кротов [ править ]

23 октября, который в США отмечается 23 октября, некоторые считают Днем крота . [22] Неформальный праздник в честь единицы среди химиков. Дата происходит от числа Авогадро, которое приблизительно равно6.022 × 10 23 . Он начинается в 6:02 утра и заканчивается в 18:02. Кроме того, некоторые химики празднуют 2 июня ( 02 июня), 22 июня (22 июня ) или 6 февраля ( 06 февраля ), ссылаясь на часть 6.02 или 6.022. константы. [23] [24] [25]

См. Также [ править ]

  • Эйнштейн (единица)
  • Таблица элемент-реагент-продукт
  • Фарадей (единица)
  • Молярная доля  - отношение одного компонента к общему количеству всех компонентов в смеси, выраженное в моль / моль.
  • Дальтон (единица)  - Стандартная единица массы для объектов атомного масштаба.
  • Молекулярная масса
  • Молярная масса

Примечания и ссылки [ править ]

  1. ^ a b c «О пересмотре Международной системы единиц - Международного союза чистой и прикладной химии» . ИЮПАК | Международный союз теоретической и прикладной химии . 16 ноября 2018 . Проверено 1 марта 2021 года .
  2. ^ a b Международное бюро мер и весов (2006 г.), Международная система единиц (СИ) (PDF) (8-е изд.), стр. 114–15, ISBN  92-822-2213-6, архивировано (PDF) из оригинала на 2017-08-14
  3. ^ Ван, Юсин; Букет, Фредерик; Шейкин, Илья; Toulemonde, Pierre12; Реваз, Бернар; Эйстерер, Майкл; Вебер, Харальд В .; Хиндерер, Йорг; Жюно, Ален; и другие. (2003). «Удельная теплоемкость MgB 2 после облучения». Журнал физики: конденсированное вещество . 15 (6): 883–893. arXiv : cond-mat / 0208169 . Bibcode : 2003JPCM ... 15..883W . DOI : 10.1088 / 0953-8984 / 15/6/315 . S2CID 16981008 . 
  4. ^ Lortz, R .; Wang, Y .; Abe, S .; Meingast, C .; Падерно, Ю. Филиппов, В .; Junod, A .; и другие. (2005). «Удельная теплоемкость, магнитная восприимчивость, удельное сопротивление и тепловое расширение сверхпроводника ZrB 12 ». Phys. Rev. B . 72 (2): 024547. arXiv : cond-mat / 0502193 . Bibcode : 2005PhRvB..72b4547L . DOI : 10.1103 / PhysRevB.72.024547 . S2CID 38571250 . 
  5. ^ a b c де Бьевр, Поль; Пайзер, Х. Штеффен (1992). " ' Атомный вес' - Имя, его история, определение и Units" (PDF) . Чистая и прикладная химия . 64 (10): 1535–43. DOI : 10,1351 / pac199264101535 .
  6. ^ a b c Международное бюро мер и весов . « Реализация крота. Архивировано 29 августа 2008 г. в Wayback Machine ». Проверено 25 сентября 2008 года.
  7. ^ Хельм, Георг (1897). «Основы математической химии: Энергетика химических явлений» . перевод Ливингстон, Дж .; Морган, Р. Нью-Йорк: Уайли: 6 . Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
  8. ^ Некоторые источники поставить дату первого использования на английском языкекак 1902. Merriam-Webster предлагает в архив 2011-11-02 в Wayback Machine этимологию от Molekulärgewicht ( молекулярный вес ).
  9. ^ Оствальд, Вильгельм (1893). Hand- und Hilfsbuch zur Ausführung Physiko-Chemischer Messungen [ Справочник и вспомогательное пособие по проведению физико-химических измерений ]. Лейпциг, Германия: Вильгельм Энгельманн. п. 119.С п. 119: «Nennen wir allgemein das Gewicht in Grammen, welches dem Molekulargewicht eines gegebenen Stoffes numerisch gleich ist, ein Mol, so ...» (Если мы назовем в целом вес в граммах, который численно равен молекулярному весу данное вещество, "моль", тогда ...)
  10. ^ моль, n. 8 , Оксфордский словарь английского языка , проект редакции, декабрь 2008 г.
  11. ^ Physics.nist.gov/ архивации 2015-06-29 в Вайбак машины фундаментальных физических констант: Авогадро
  12. ^ Андреас, Бирк; и другие. (2011). «Определение постоянной Авогадро путем подсчета атомов в кристалле 28 Si». Письма с физическим обзором . 106 (3): 30801. arXiv : 1010.2317 . Bibcode : 2011PhRvL.106c0801A . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.106.030801 . PMID 21405263 . S2CID 18291648 .  
  13. ^ «BIPM - Резолюция 3 14-го CGPM» . www.bipm.org . Архивировано из оригинала 9 октября 2017 года . Проверено 1 мая 2018 .
  14. ^ CIPM Доклад 106 - м заседании Архивированные 2018-01-27 в Вайбак машины Проверено 7 апреля 2018 года
  15. ^ "Новое определение крота" . NIST . NIST. 2018-10-23 . Проверено 24 октября 2018 года .
  16. ^ Джунта, CJ (2015) «Родинка и количество вещества в химии и образовании: за пределами официальных определений» J. Chem. Educ. 92 : 1593–1597.
  17. ^ Цена, Гэри (2010). «Неудачи глобальной системы измерения. Часть 1: на примере химии». Аккредитация и гарантия качества . 15 (7): 421–427. DOI : 10.1007 / s00769-010-0655-Z . S2CID 95388009 . 
  18. ^ Йоханссон, Ингвар (2010). «Метрологическому мышлению необходимы понятия параметрических величин, единиц и размеров» . Метрология . 47 (3): 219–230. Bibcode : 2010Metro..47..219J . DOI : 10.1088 / 0026-1394 / 47/3/012 .
  19. ^ Купер, G .; Хамфри, С. (2010). «Онтологическое различие между единицами и сущностями». Synthese . 187 (2): 393–401. DOI : 10.1007 / s11229-010-9832-1 . S2CID 46532636 . 
  20. ^ a b Химмельблау, Дэвид (1996). Основные принципы и расчеты в химической инженерии (6-е изд.). С. 17–20. ISBN 978-0-13-305798-0.
  21. ^ «Преобразование излучения освещения» . Архивировано 11 марта 2016 года . Проверено 10 марта 2016 года .
  22. ^ История Фонда Национального Дня Крота, Inc. Архивировано 23 октября 2010 г. в Wayback Machine .
  23. ^ С Днем Крота! Архивировано 29 июля 2014 года в Wayback Machine , Мэри Бигелоу. Блог SciLinks, Национальная ассоциация учителей естественных наук. 17 октября 2013 г.
  24. ^ Что такое День крота? - Дата и как праздновать . Архивировано 30 июля 2014 года в Wikiwix, Энн Мари Хелменстайн. About.com.
  25. ^ The Perse School (7 февраля 2013 г.), Школа Perse отмечает родинки химического разнообразия , Cambridge Network, архивировано из оригинала 11 февраля 2015 г. , извлечено 11 февраля 2015 г. , поскольку 6.02 соответствует 6 февраля, Школа выбрал дату как «День кротов».

Внешние ссылки [ править ]

  • ChemTeam: Происхождение слова «крот» в Wayback Machine (архивировано 22 декабря 2007 г.)