Крот (единица измерения)
| крот | |
|---|---|
 Примерно один моль на 12 граммов углерода-12. | |
| Общая информация | |
| Система единиц | И |
| Единица | количество вещества |
| Символ | моль |
Моль числу (символ мол ) — единица измерения , основная единица в Международной системе единиц (СИ) количества вещества , величина, пропорциональная элементарных частиц вещества. В одном моле содержится ровно 6,022 140 76 × 10 23 элементарные сущности (примерно 602 секстиллиона или 602 миллиарда раз на триллион), которыми могут быть атомы, молекулы, ионы или другие частицы . Число частиц в моле — это число Авогадро (обозначение N 0 ) и численное значение постоянной Авогадро (обозначение NA ) , выраженное в молях. -1 . [1] Величина выбрана исходя из исторического определения моля как количества вещества, соответствующего числу атомов в 12 граммах вещества. 12 С , [1] что сделало массу моля соединения, выраженную в граммах, численно равной средней молекулярной массе соединения, выраженной в дальтонах . После переопределения базовых единиц СИ в 2019 году числовая эквивалентность теперь является лишь приблизительной, но ее можно предполагать для всех практических целей.
Моль широко используется в химии как удобный способ выражения количеств реагирующих веществ и продуктов химических реакций . Например, химическое уравнение 2 H 2 + O 2 → 2 H 2 O можно интерпретировать так, что на каждые 2 моля молекулярного водорода (H 2 ) и 1 моль молекулярного кислорода (O 2 ), которые реагируют, приходится 2 моля воды ( H 2 O) форма. Концентрация , раствора обычно выражается его молярной концентрацией определяемой как количество растворенного вещества на единицу объема раствора, для которой обычно используется единица измерения - моль на литр (моль/л).
Концепции [ править ]
Авогадро постоянной Связь с
Количество объектов (символ N ) в образце размером в один моль равно числу Авогадро (символ N 0 ), безразмерной величине . [1] Исторически N 0 приблизительно соответствует количеству нуклонов ( протонов или нейтронов ) в одном грамме обычного вещества . ( Константа Авогадро символ NA ) имеет числовой множитель , = N 0 /моль определяемый числом Авогадро с единицей обратного моля (моль −1 ). [2] Отношение n = N / N A является мерой количества вещества (в единице моля). [2] [3] [4]
Природа сущностей [ править ]
В зависимости от природы вещества элементарной сущностью может быть атом , молекула , ион , ионная пара или субатомная частица , такая как протон . Например, 10 молей воды ( химическое соединение ) и 10 молей ртути ( химический элемент ) содержат одинаковое количество вещества, по одному атому ртути на каждую молекулу воды, несмотря на то, что эти два количества имеют разные объемы и разные массы.
Моль соответствует заданному количеству сущностей. [5] Обычно подсчитываемые объекты химически идентичны и индивидуально различимы. Например, раствор может содержать определенное количество растворенных молекул, более или менее независимых друг от друга. Однако в твердом теле составные части фиксированы и связаны в решетчатую структуру, но их можно разделить, не теряя своей химической идентичности. Таким образом, твердое тело состоит из определенного числа молей таких объектов. В других случаях, например, в алмазе , где весь кристалл по существу представляет собой одну молекулу, моль по-прежнему используется для выражения количества атомов, связанных вместе, а не количества молекул. Таким образом, к определению составных частей вещества применяются общие химические конвенции, в других случаях могут быть указаны точные определения. Масса вещества равна его относительной атомной (или молекулярной) массе, умноженной на константу молярной массы , которая почти точно равна 1 г/моль.
История [ править ]
История моля переплетается с историей единиц молекулярной массы и константы Авогадро .
Первая таблица стандартного атомного веса была опубликована Джоном Дальтоном (1766–1844) в 1805 году и основана на системе, в которой относительная атомная масса водорода определялась как 1. Эти относительные атомные массы были основаны на стехиометрических пропорциях химической реакции. и соединения, и этот факт во многом способствовал их признанию: химику не было необходимости подписываться на атомную теорию (недоказанную гипотезу в то время), чтобы практически использовать таблицы. Это привело бы к некоторой путанице между атомными массами (пропагандируемой сторонниками атомной теории) и эквивалентными весами (пропагандируемой ее противниками и которая иногда отличалась от относительных атомных масс на целый коэффициент), которая сохранялась на протяжении большей части девятнадцатого века.
Йенс Якоб Берцелиус (1779–1848) сыграл важную роль в определении относительных атомных масс со все возрастающей точностью. Он также был первым химиком, который использовал кислород в качестве стандарта для других масс. 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 Герхардт (1816–1856), Анри Виктор Рено (1810–78) и Станислао Канниццаро (1826–1910) расширили работы Берцелиуса, решив многие проблемы неизвестной стехиометрии соединений, а использование атомных масс привлекло внимание исследователей. большой консенсус ко времени Конгресса в Карлсруэ (1860 г.). Соглашение вернулось к определению атомной массы водорода как 1, хотя на уровне точности измерений того времени – относительная неопределенность около 1% – это было численно эквивалентно более позднему стандарту кислорода = 16. Однако химическое удобство Наличие кислорода в качестве основного стандарта атомной массы стало еще более очевидным с развитием аналитической химии и необходимостью все более точного определения атомной массы.
Название «моль» представляет собой перевод немецкой единицы «Mol » в 1897 году , придуманной химиком Вильгельмом Оствальдом в 1894 году от немецкого слова «Molekül» (« молекула »). [6] [7] [8] Соответствующая концепция эквивалентной массы использовалась по крайней мере столетием ранее. [9]
Стандартизация [ править ]
Развитие масс-спектрометрии привело к принятию кислорода-16 в качестве стандартного вещества вместо природного кислорода. [10]
Определение кислорода-16 было заменено определением, основанным на углероде-12, в 1960-х годах. Международное бюро мер и весов определило моль как «количество вещества системы, которая содержит столько же элементарных частиц, сколько атомов в 0,012 килограмма углерода-12». Таким образом, по этому определению один моль чистого 12 массу ровно 12 г. C имел [11] [5] Четыре различных определения были эквивалентны с точностью до 1%.
| Основа шкалы | Основа шкалы относительно 12 С = 12 |
Относительное отклонение из 12 С = 12 масштаб |
|---|---|---|
| Атомная масса водорода = 1 | 1.00794(7) | −0.788% |
| Атомная масса кислорода = 16 | 15.9994(3) | +0.00375% |
| Относительная атомная масса 16 О = 16 | 15.994 914 6221 (15) | +0.0318% |
Поскольку дальтон , единица, обычно используемая для измерения атомной массы , составляет ровно 1/12 массы атома углерода-12, это определение моля подразумевало, что масса одного моля соединения или элемента в граммах была численно равна средней массе одной молекулы или атома вещества в дальтонах и что число дальтонов в грамме равнялось числу элементарных образований в моле. Поскольку масса нуклона ( то есть протона или нейтрона ) составляет примерно 1 дальтон, а нуклоны в ядре атома составляют подавляющую часть его массы, это определение также подразумевало, что масса одного моля вещества примерно эквивалентна количество нуклонов в одном атоме или молекуле этого вещества.
Поскольку определение грамма математически не было связано с определением дальтона, количество молекул на моль ( NA константа Авогадро) приходилось определять экспериментально. Экспериментальное значение, принятое CODATA в 2010 году, составляет N A = 6,022 141 29 (27) × 10. 23 моль −1 . [12] В 2011 году измерение было уточнено до 6,022 140 78 (18) × 10. 23 моль −1 . [13]
сделал родинку седьмой базовой единицей СИ . В 1971 году 14-й CGPM [14]
Переопределение базовых единиц СИ в г. 2019
До пересмотра основных единиц СИ в 2019 году моль определялся как количество вещества системы, содержащей столько элементарных частиц, сколько атомов содержится в 12 граммах углерода -12 (наиболее распространенного изотопа углерода ). [15] Термин «грамм-молекула» раньше использовался для обозначения одного моля молекул, а термин «грамм-атом» - для обозначения одного моля атомов. [11] Например, в 1 моле MgBr 2 содержится 1 грамм-молекула MgBr 2 и 3 грамм-атома MgBr 2 . [16] [17]
В 2011 году 24-е заседание Генеральной конференции по мерам и весам (CGPM) согласовало план возможного пересмотра определений основных единиц СИ на неопределенную дату.
16 ноября 2018 года после встречи ученых из более чем 60 стран в CGPM в Версале, Франция, все основные единицы СИ были определены в терминах физических констант. Это означало, что каждая единица СИ, включая моль, не будет определяться в терминах каких-либо физических объектов, а скорее будет определяться физическими константами , которые по своей природе являются точными. [3]
Такие изменения официально вступили в силу 20 мая 2019 года. После таких изменений «один моль» вещества был переопределен как содержащий «ровно 6,022 140 76 × 10 23 элементарные сущности» этой субстанции. [18] [19]
Критика [ править ]
С момента его принятия в Международную систему единиц многочисленная критика концепции моля как единицы, такой как метр или секунда в 1971 году возникла :
- количество молекул и т. д. в данном количестве материала представляет собой фиксированную безразмерную величину , которую можно выразить просто числом, не требующую отдельной базовой единицы; [5] [20]
- Термодинамический моль SI не имеет отношения к аналитической химии и может привести к издержкам, которых можно было бы избежать в странах с развитой экономикой. [21]
- Моль не является истинной метрической (т.е. измерительной) единицей, а скорее параметрической единицей, а количество вещества является параметрической базовой величиной. [22]
- СИ определяет количество сущностей как количество единиц измерения и, таким образом, игнорирует онтологическое различие между сущностями и единицами непрерывных величин. [23]
(1794 г.) известно, Пруста В химии со времен закона определенных пропорций что знания массы каждого из компонентов химической системы недостаточно для определения этой системы. Количество вещества можно описать как массу, разделенную на «определенные пропорции» Пруста, и оно содержит информацию, которая отсутствует только при измерении массы. Как показывает Дальтона закон парциальных давлений (1803 г.), измерение массы даже не является необходимым для измерения количества вещества (хотя на практике это обычное дело). Существует множество физических взаимосвязей между количеством вещества и другими физическими величинами, наиболее заметной из которых является закон идеального газа (где эта связь была впервые продемонстрирована в 1857 году). Термин «крот» впервые был использован в учебнике, описывающем эти коллигативные свойства . [24]
Подобные подразделения [ править ]
Как и химики, инженеры-химики широко используют единицу моля, но для промышленного использования могут быть более подходящими другие кратные единицы. Например, единицей объема в системе СИ является кубический метр, гораздо более крупная единица, чем обычно используемый в химической лаборатории литр. Когда количество вещества также выражается в кмоль (1000 моль) в процессах промышленного масштаба, числовое значение молярности остается тем же, как . Инженеры-химики когда-то использовали килограмм-моль (обозначение кг-моль ), который определялся как количество веществ в 12 кг вещества. 12 C, и его часто называют граммомолью ( обозначение г-моль ), затем определяемым как количество объектов в 12 г 12 C, при работе с лабораторными данными. [25]
В практике химического машиностроения конца 20-го века стал использоваться киломоль (кмоль), который численно был идентичен килограмм-моль (до переопределения единиц СИ в 2019 году , которое переопределило моль, зафиксировав значение постоянной Авогадро, что сделало его очень удобным). почти эквивалентен грамм-молю, но уже не совсем равен ему), но название и символ которого соответствуют стандарту СИ для стандартных кратных метрических единиц - таким образом, кмоль означает 1000 моль. Это эквивалентно использованию кг вместо г. Использование кмоль не только для «удобства величины», но также делает уравнения, используемые для моделирования химико-технологических систем, связными . Например, для преобразования расхода кг/с в кмоль/с требуется только разделить его на молярную массу в г/моль (как ) без умножения на 1000, если только не будет использоваться основная единица СИ моль/с, что в противном случае потребовало бы перевода молярной массы в кг/моль.
Чтобы избежать преобразований в британские (или традиционные единицы измерения США ), некоторые инженеры приняли фунт-моль (обозначение фунт-моль или фунт-моль ), который определяется как количество объектов в 12 фунтах массы. 12 C. Один фунт-моль равен 453,592 37 г-моль , [25] Это то же числовое значение, что и количество граммов в международном фунте эвердупуа .
Освещенность теплицы и ростовой камеры для растений иногда выражают в микромоль на квадратный метр в секунду, где 1 моль фотонов ≈ 6,02 × 10. 23 фотоны. [26] Устаревшую единицу Эйнштейна по-разному определяют как энергию одного моля фотонов, а также просто один моль фотонов.
Производные единицы и кратные СИ [ править ]
Единственная производная единица системы СИ, имеющая специальное название, происходящее от моля, — это катал , определяемый как один моль в секунду каталитической активности . Как и другие единицы СИ, моль также можно изменить, добавив метрический префикс , который умножает его на 10 :
| Дробные | Множители | ||||
|---|---|---|---|---|---|
| Ценить | символ СИ | Имя | Ценить | символ СИ | Имя |
| 10 −1 моль | дмол | Десятичная дробь | 10 1 моль | дамоль | декамоль |
| 10 −2 моль | смоль | сантимоль | 10 2 моль | хмол | гектомоль |
| 10 −3 моль | ммоль | миллимоль | 10 3 моль | кмоль | киломоль |
| 10 −6 моль | мкмоль | микромоль | 10 6 моль | ммоль | мегамоль |
| 10 −9 моль | нмоль | наномоль | 10 9 моль | Гмоль | гигамоль |
| 10 −12 моль | пмоль | пикомоль | 10 12 моль | Тмол | терамол |
| 10 −15 моль | фмоль | фемтомоль | 10 15 моль | Пмол | петамол |
| 10 −18 моль | амол | атмолот | 10 18 моль | Давным-давно | экзамен |
| 10 −21 моль | змол | зептомоль | 10 21 моль | Змол | зеттамол |
| 10 −24 моль | закрывать | йоктомоль | 10 24 моль | Молл | йоттамоле |
| 10 −27 моль | рмол | ронтомоле | 10 27 моль | Рмол | роннамоле |
| 10 −30 моль | qмол | квектомоль | 10 30 моль | Кмоль | кветтамол |
Один фемтомоль равен ровно 602 214 076 молекулам; аттомоль и меньшие количества не могут быть точно реализованы. Йоктомоль, равный примерно 0,6 отдельной молекулы, действительно появился в научных журналах в год официального введения префикса йокто-. [27]
День кротов [ править ]
23 октября, обозначаемый в США как 23 октября, некоторые считают Днем Крота . [28] Это неофициальный праздник в честь подразделения среди химиков. Дата получена из числа Авогадро, которое составляет примерно 6,022 × 10. 23 . Он начинается в 6:02 утра и заканчивается в 18:02. Альтернативно, некоторые химики отмечают 2 июня ( 02.06 ), 22 июня ( 22.06 ) или 6 февраля ( 06.02 ), что является ссылкой на часть 6.02 или 6.022. константы. [29] [30] [31]
См. также [ править ]
- Таблица элемент-реагент-продукт
- Постоянная Фарадея – Физическая константа: Электрический заряд одного моля электронов.
- Мольная доля - доля компонента в смеси.
- Дальтон (единица измерения) – стандартная единица массы химических веществ атомного масштаба.
- Молекулярная масса - масса данной молекулы в дальтонах.
- Молярная масса – Масса на количество вещества
Ссылки [ править ]
- ^ Перейти обратно: а б с Le Système International d'Unités [ Международная система единиц ] (PDF) (на французском и английском языках) (9-е изд.), Международное бюро мер и весов, 2019, ISBN 978-92-822-2272-0
- ^ Перейти обратно: а б Золотая книга ИЮПАК. ИЮПАК – крот (M03980) . Международный союз теоретической и прикладной химии . дои : 10.1351/goldbook.M03980 . S2CID 241546445 .
- ^ Перейти обратно: а б «О пересмотре Международной системы единиц – Международного союза теоретической и прикладной химии» . Международный союз теоретической и прикладной химии. 16 ноября 2018 года . Проверено 1 марта 2021 г.
- ^ МБМВ (20 мая 2019 г.). «Практическая практика по определению родинки в системе СИ» . BIPM.org . Проверено 18 февраля 2022 г.
- ^ Перейти обратно: а б с де Бьевр, Поль; Пейзер, Х. Штеффен (1992). « Атомный вес — название, его история, определение и единицы измерения» (PDF) . Чистая и прикладная химия . 64 (10): 1535–43. дои : 10.1351/pac199264101535 .
- ^ Хельм, Георг (1897). Основы математической химии: энергетика химических явлений . перевод Ливингстон, Дж.; Морган, Р. Нью-Йорк: Уайли. п. 6 .
- ^ Некоторые источники указывают дату первого использования на английском языке как 1902 год. Мерриам-Вебстер предлагает, заархивировано 2 ноября 2011 г. в Wayback Machine, этимологию от Molekulärgewicht ( молекулярная масса ).
- ^ Оствальд, Вильгельм (1893). Справочник и вспомогательная . книга по проведению физико-химических измерений Лейпциг, Германия: Вильгельм Энгельманн. п. 119. Со с. 119: «Если вообще назвать массу в граммах, численно равную молекулярной массе данного вещества, «моль», то... )
- ^ моль , н. 8 , Оксфордский словарь английского языка , черновая версия, декабрь 2008 г.
- ^ Буш, Кеннет (2 мая 2003 г.). «Единицы масс-спектрометрии» (PDF) . Современные тенденции в масс-спектрометрии . 18 (5С): С32-С34 [С33] . Проверено 29 апреля 2023 г.
- ^ Перейти обратно: а б Международное бюро мер и весов (2006), Международная система единиц (СИ) (PDF) (8-е изд.), стр. 114–15, ISBN 92-822-2213-6 , заархивировано (PDF) из оригинала 04 июня 2021 г. , получено 16 декабря 2021 г.
- ^ Physics.nist.gov/ Архивировано 29 июня 2015 г. на сайте Wayback Machine. Фундаментальные физические константы: константа Авогадро.
- ^ Андреас, Бирк; и другие. (2011). «Определение постоянной Авогадро путем подсчета атомов в 28 Si Crystal». о физическом обзоре . 106 (3): 30801. arXiv : 1010.2317 . Бибкод : 2011PhRvL.106c0801A . doi : 10.1103/PhysRevLett.106.030801 . PMID 21405263. . S2CID 182 91648 Письма
- ^ «МБМВ – Резолюция 3 14-й ГКМВ» . www.bipm.org . Архивировано из оригинала 9 октября 2017 года . Проверено 1 мая 2018 г.
- ^ Международное бюро мер и весов (2006 г.), Международная система единиц (СИ) (PDF) (8-е изд.), ISBN 92-822-2213-6 , заархивировано (PDF) из оригинала 04 июня 2021 г. , получено 16 декабря 2021 г.
- ^ Ван, Юйсин; Буке, Фредерик; Шейкин, Илья; Тулемонд, Пьер; Реваз, Бернард; Эйстерер, Майкл; Вебер, Харальд В.; Хиндерер, Йорг; Жюно, Ален; и другие. (2003). «Удельная теплоемкость MgB 2 после облучения». Физический журнал: конденсированное вещество . 15 (6): 883–893. arXiv : cond-mat/0208169 . Бибкод : 2003JPCM...15..883W . дои : 10.1088/0953-8984/15/6/315 . S2CID 16981008 .
- ^ Лорц, Р.; Ван, Ю.; Абэ, С.; Мейнгаст, К.; Падерно, Ю.; Филиппов В.; Жюно, А.; и другие. (2005). «Удельная теплоемкость, магнитная восприимчивость, удельное сопротивление и тепловое расширение сверхпроводника ZrB 12 ». Физ. Преподобный Б. 72 (2): 024547. arXiv : cond-mat/0502193 . Бибкод : 2005PhRvB..72b4547L . дои : 10.1103/PhysRevB.72.024547 . S2CID 38571250 .
- ^ Отчет CIPM о 106-м заседании. Архивировано 27 января 2018 г. на Wayback Machine. Проверено 7 апреля 2018 г.
- ^ «Переосмысление крота» . НИСТ . 23 октября 2018 г. Проверено 24 октября 2018 г.
- ^ Бараньский, Анджей (2012). «Атомная единица массы, постоянная Авогадро и моль: путь к пониманию» . Журнал химического образования . 89 (1): 97–102. Бибкод : 2012ЮЧЭд..89...97Б . дои : 10.1021/ed2001957 .
- ^ Прайс, Гэри (2010). «Неудачи глобальной системы измерений. Часть 1: случай химии». Аккредитация и гарантия качества . 15 (7): 421–427. дои : 10.1007/s00769-010-0655-z . S2CID 95388009 .
- ^ Йоханссон, Ингвар (2010). «Метрологическое мышление нуждается в понятиях параметрических величин, единиц и размеров» . Метрология . 47 (3): 219–230. Бибкод : 2010Метро..47..219J . дои : 10.1088/0026-1394/47/3/012 . S2CID 122242959 .
- ^ Купер, Г.; Хамфри, С. (2010). «Онтологическое различие между единицами и сущностями». Синтезируйте . 187 (2): 393–401. дои : 10.1007/s11229-010-9832-1 . S2CID 46532636 .
- ^ Научные основы аналитической химии: элементарное изложение . Макмиллан и Ко., Лимитед. 1900. ОЛ 7204743М .
- ^ Перейти обратно: а б Химмельблау, Дэвид (1996). Основные принципы и расчеты в химической технологии (6-е изд.). Прентис Холл PTR. стр. 17–20. ISBN 978-0-13-305798-0 .
- ^ «Преобразование светового излучения» . Архивировано из оригинала 11 марта 2016 года . Проверено 10 марта 2016 г.
- ^ Чен, Да Юн; и другие. (1991). «Недорогое высокочувствительное лазерно-индуцированное обнаружение флуоресценции для секвенирования ДНК методом капиллярного гель-электрофореза». Журнал хроматографии . 559 (1–2): 237–246. дои : 10.1016/0021-9673(91)80074-Q . ПМИД 1761625 .
- ^ История Национального фонда Дня кротов, Inc. Архивировано 23 октября 2010 г. в Wayback Machine .
- ^ С Днем кротов! Архивировано 29 июля 2014 г. в Wayback Machine , Мэри Бигелоу. Блог SciLinks, Национальная ассоциация учителей естественных наук. 17 октября 2013 г.
- ^ Что такое День крота? – Дата и как отпраздновать . Архивировано 30 июля 2014 г. в Wikiwix, Энн Мари Хельменстайн. О сайте.com.
- ^ Школа Персе (7 февраля 2013 г.), Школа Персе отмечает химическое разнообразие кротов , Cambridge Network, заархивировано из оригинала 11 февраля 2015 г. , получено 11 февраля 2015 г. ,
Поскольку 6.02 соответствует 6 февраля, Школа имеет назвали эту дату своим «Днем крота».
Внешние ссылки [ править ]
- ChemTeam: Происхождение слова «крот» в Wayback Machine (архивировано 22 декабря 2007 г.)
| Базы данных органов управления : Национальные |
|---|
