Моль (единица) - Mole (unit)

«Нмол» перенаправляется сюда. Для математической техники см. Метод линий.
крот
Система единицБазовая единица СИ
ЕдиницаКоличество вещества
Символмоль
Конверсии
1 моль в ...... равно ...
   Базовые единицы СИ   1000 ммоль

В крот (символ: моль) это единица измерения за количество вещества в Международная система единиц (SI). Моль вещества[1] или моль частиц[2] определяется как содержащий в точности 6.02214076×1023 частицы, которые могут быть атомы, молекулы, ионы, или же электроны.[1] Короче говоря, 1 моль содержит 6.02214076×1023 указанных частиц.[3][2]

Текущее определение было принято в ноябре 2018 года как одно из семи Базовые единицы СИ,[1] пересмотр предыдущего определения, в котором один моль указан как количество вещества в 12 граммы из углерод-12 (12Может изотоп из углерод.

Номер 6.02214076×1023 (в Число Авогадро ) была выбрана так, чтобы масса одного моля химического соединения в граммы численно равно, для большинства практических целей, средней массе одной молекулы соединения в дальтон. Так, например, один моль воды содержит 6.02214076×1023 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 2H2 + O2 → 2H2О можно интерпретировать так, что на каждые 2 моль дигидроген (ЧАС2) и 1 моль дикислород (O2), которые вступают в реакцию, 2 моль воды (H2O) форма. Моль также можно использовать для измерения количества атомов, ионов, электроны, или другие объекты.[2] В концентрация решения обычно выражается его молярность, 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.

Период, термин грамм-молекула (г моль) раньше использовалось для «моль молекул»,[4] и грамм-атом (г-атом) для «моль атомов». Например, 1 моль MgBr2 1 грамм-молекула MgBr2 но 3 грамм-атома MgBr2.[5][6]

Концепции

Природа частиц

Моль - это, по сути, количество частиц.[7][2] 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, однако их можно разделить без потери своей химической идентичности. Таким образом, твердое вещество состоит из определенного числа молей таких частиц. В других случаях, например, 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, к определению составляющих частиц вещества применяются общие химические соглашения, в других случаях могут быть указаны точные определения.

Молярная масса

В молярная масса вещества - это масса 1 моль этого вещества, кратно грамм. Количество вещества - это количество молей в образце. Для большинства практических целей величина молярной массы численно совпадает с величиной средней массы одной молекулы, выраженной в дальтон. Например, молярная масса воды составляет 18,015 г / моль.[8] Другие методы включают использование молярный объем или измерение электрический заряд.[8]

Количество молей вещества в образце получается делением массы образца на молярную массу соединения. Например, 100 г воды - это примерно 5,551 моль воды.[8]

Молярная масса вещества зависит не только от его молекулярная формула, но и о распределении изотопы каждого химического элемента, присутствующего в нем. Например, масса одного моля кальций-40 является 39.96259098±0,00000022 грамм, а масса одного моля кальций-42 является 41.95861801±0,00000027 грамм, и одного моля кальций с нормальной изотопной смесью 40.078±0,004 г.

Молярная концентрация

В молярная концентрация, также называемый молярность, раствора какого-либо вещества - это количество молей на единицу объема конечного раствора. В СИ его стандартная единица - моль /м3, хотя используются более практичные единицы, такие как моль на литр (моль / л).

Молярная доля

В молярная доля или же мольная доля количества вещества в смеси (например, раствора) - это количество молей соединения в одном образце смеси, деленное на общее количество 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. ; и мольная доля NaCl будет 0,34221 / (0,34221 + 5,5509) = 0,05807.

В смеси газов частичное давление каждого компонента пропорциональна его молярному соотношению.

История

Авогадро, вдохновивший константу Авогадро

История родинки переплетается с историей молекулярная масса, атомные единицы массы, а Число Авогадро.

Первая таблица стандартный атомный вес (атомная масса) был опубликован Джон Далтон (1766–1844) в 1805 году на основе системы, в которой относительная атомная масса водород был определен как 1. Эти относительные атомные массы были основаны на стехиометрический пропорции химических реакций и соединений, факт, который в значительной степени способствовал их принятию: для химика не было необходимости подписываться на атомная теория (в то время недоказанная гипотеза) для практического использования таблиц. Это привело бы к некоторой путанице между атомными массами (пропагандируемой сторонниками атомной теории) и эквивалентные веса (продвигаемый его противниками и который иногда отличался от относительной атомной массы на целочисленный коэффициент), который просуществовал большую часть 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 как эталон, к которому относились другие массы. Кислород является полезным стандартом, поскольку, в отличие от водорода, он образует соединения с большинством других элементов, особенно с металлы. 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) расширил работы Берцелиуса, разрешив многие проблемы неизвестной стехиометрии соединений, а использование атомных масс привлекло широкий консенсус ко времени Карлсруэ Конгресс (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 становилось все более очевидным с развитием аналитической химии и необходимостью все более точных определений атомной массы.

Название крот это перевод 1897 года немецкой единицы Мол, созданный химик Вильгельм Оствальд в 1894 г. от немецкого слова Молекюль (молекула ).[9][10][11] Однако родственная концепция эквивалентная масса использовались по крайней мере столетие назад.[12]

Стандартизация

События в масс-спектрометрии привело к принятию кислород-16 в качестве стандартного вещества вместо природного кислорода.[нужна цитата ]

Определение кислорода-16 было заменено на определение, основанное на углероде-12 в 1960-х годах. Моль был определен Международным бюро мер и весов как «количество вещества системы, которая содержит столько элементарных единиц, сколько атомов в 0,012 килограмме углерода-12». Таким образом, согласно этому определению, один моль чистого 12C имел массу точно 12 грамм.[4][7] Четыре различных определения были эквивалентны в пределах 1%.

Основа шкалыОснова шкалы
относительно 12С = 12		Относительное отклонение
от 12C = 12 шкала
Атомная масса водорода = 11.00794(7)−0.788%
Атомная масса кислорода = 1615.9994(3)+0.00375%
Относительная атомная масса 16O = 1615.9949146221(15)+0.0318%

Поскольку определение грамма не было математически привязано к определению Далтон, количество молекул на моль NА (постоянная Авогадро) должна была быть определена экспериментально. Экспериментальное значение, принятое CODATA в 2010 году NА = (6.02214129±0.00000027)×1023 моль−1.[13]В 2011 году оценка была уточнена до (6.02214078±0.00000018)×1023 моль−1.[14]

Родинка была сделана седьмой Базовая единица СИ в 1971 г. 14-й ГКГВ.[15]

Новое определение базовых единиц СИ в 2019 году

В 2011 г. состоялось 24-е заседание Генеральная конференция по мерам и весам (CGPM) согласился с планом возможного пересмотра Базовая единица СИ определения на неопределенную дату.

16 ноября 2018 года после встречи ученых из более чем 60 стран на CGPM в Версале, Франция, все базовые 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 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 6.02214076×1023 элементарные сущности »этой субстанции.[16][17]

Критика

С момента принятия в Международная система единиц в 1971 г. многочисленная критика концепции крота как единицы, подобной метр или второй уже возникли:

  • количество молекул и т. д. в данном количестве материала является фиксированным безразмерная величина это можно выразить просто как число, не требующее отдельной базовой единицы;[7][18]
  • официальный крот основан на устаревшей континуальной (не полностью атомистической) концепции материи;[2]
  • термодинамический моль SI не имеет отношения к аналитической химии и может вызвать издержки, которых можно избежать для стран с развитой экономикой;[19]
  • моль не является истинной метрической (т. е. мерной) единицей, скорее это параметрический единица, а количество вещества - параметрический базовое количество;[20]
  • SI определяет количество сущностей как количество единиц измерения и, таким образом, игнорирует онтологическое различие между сущности и единицы непрерывных величин.[21]

В химии это известно с Пруста закон определенных пропорций (1794), что знание массы каждого из компонентов в химическом система 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 показано Далтона закон частичных давлений (1803), 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 «крот» впервые был использован в учебнике, описывающем эти коллигативные свойства.[нужна цитата ]

Подобные единицы

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 во избежание преобразований в имперский (или же Американские обычные единицы ), некоторые инженеры переняли фунт-моль (обозначение фунт-моль или же фунт / моль), который определяется как количество сущностей в 12 фунт из 12C. Один фунт-моль равен 453,59 237 моль,[22] какое значение совпадает с количеством граммов в международный фунт авирдупуа.

В метрической системе инженеры-химики когда-то использовали килограмм-моль (обозначение кг-моль), который определяется как количество объектов в 12 кг 12C, и часто называют родинку грамм-моль (обозначение г-моль) при работе с лабораторными данными.[22]

В конце 20-го века химическая инженерная практика стала использовать киломоль (кмоль), который численно идентичен килограмм-моль, но чье название и символ 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 позволяет использовать уравнения для моделирования систем химической инженерии. последовательный. Например, для преобразования расхода из кг / с в кмоль / с требуется только молекулярная масса без коэффициента 1000, если не используется 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 = 6.02×1023 фотоны.[23]

День кротов

23 октября, которое в США обозначается 10/23, некоторые считают День кротов.[24] Неформальный праздник в честь единицы среди химиков. Дата происходит от числа Авогадро, которое приблизительно равно 6.022×1023. Он начинается в 6:02 и заканчивается в 18:02. Как вариант, некоторые химики празднуют 2 июня (06/02), 22 июня (г.6/22), или 6 февраля (06.02), ссылка на часть константы 6.02 или 6.022.[25][26][27]

Смотрите также

Примечания и ссылки

  1. ^ а б c d «О ревизии Международной системы единиц». ИЮПАК.
  2. ^ а б c d е Шмидт-Рор, К. (2020). «Анализ двух определений родинки, которые используются одновременно, и их неожиданные последствия». J. Chem. Educ. 97: 597–602. Дои:10.1021 / acs.jchemed.9b00467.
  3. ^ Brown, L .; Холм, Т. (2011). Химия для студентов инженерных специальностей. Брукс / Коул.
  4. ^ а б Международное бюро мер и весов (2006), Международная система единиц (СИ) (PDF) (8-е изд.), Стр. 114–15, ISBN  92-822-2213-6, в архиве (PDF) из оригинала на 2017-08-14
  5. ^ Ван, Юсин; Букет, Фредерик; Шейкин, Илья; Toulemonde, Pierre12; Реваз, Бернар; Эйстерер, Майкл; Вебер, Харальд В .; Хиндерер, Йорг; Жюно, Ален; и другие. (2003). «Удельная теплоемкость MgB2 после облучения ». Журнал физики: конденсированное вещество. 15 (6): 883–893. arXiv:cond-mat / 0208169. Bibcode:2003JPCM ... 15..883 Вт. Дои:10.1088/0953-8984/15/6/315. S2CID  16981008.
  6. ^ 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. Ред. B. 72 (2): 024547. arXiv:cond-mat / 0502193. Bibcode:2005PhRvB..72b4547L. Дои:10.1103 / PhysRevB.72.024547. S2CID  38571250.
  7. ^ а б c де Бьевр, Поль; Пайзер, Х. Штеффен (1992). "'Атомный вес »- название, история, определение и единицы" (PDF). Чистая и прикладная химия. 64 (10): 1535–43. Дои:10.1351 / pac199264101535.
  8. ^ а б c Международное бюро мер и весов. "Осознавая родинки В архиве 2008-08-29 на Wayback Machine. "Проверено 25 сентября 2008 года.
  9. ^ Хельм, Георг (1897). «Основы математической химии: Энергетика химических явлений». перевод Ливингстон, Дж .; Морган, Р. Нью-Йорк: Уайли: 6. Цитировать журнал требует | журнал = (помощь)
  10. ^ В некоторых источниках датой первого использования на английском языке считается 1902 год. Мерриам – Вебстер предлагает В архиве 2011-11-02 в Wayback Machine этимология из Molekulärgewicht (молекулярный вес ).
  11. ^ Оствальд, Вильгельм (1893). Hand- und Hilfsbuch zur Ausführung Physiko-Chemischer Messungen [Справочник и вспомогательная книга 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 общем вес в граммах, который численно равен молекулярному весу данного вещества, «моль», то ...)
  12. ^ крот, п.8, Оксфордский словарь английского языка, Проект редакции, декабрь 2008 г.
  13. ^ Physics.nist.gov/ В архиве 2015-06-29 в Wayback Machine Основные физические константы: Константа Авогадро
  14. ^ Андреас, Бирк; и другие. (2011). «Определение постоянной Авогадро путем подсчета атомов в 28Si Crystal ». Письма с физическими проверками. 106 (3): 30801. arXiv:1010.2317. Bibcode:2011PhRvL.106c0801A. Дои:10.1103 / PhysRevLett.106.030801. PMID  21405263. S2CID  18291648.
  15. ^ «МБМВ - Решение 3 14-го ГКБМ». www.bipm.org. Архивировано из оригинал 9 октября 2017 г.. Получено 1 мая 2018.
  16. ^ Отчет CIPM о 106-м заседании В архиве 2018-01-27 в Wayback Machine Дата обращения 7 апреля 2018.
  17. ^ «Новое определение крота». NIST. NIST. 2018-10-23. Получено 24 октября 2018.
  18. ^ Джунта, К. Дж. (2015) «Родинка и количество вещества в химии и образовании: за пределами официальных определений» J. Chem. Educ. 92: 1593–1597.
  19. ^ Цена, Гэри (2010). «Неудачи глобальной системы измерения. Часть 1: на примере химии». Аккредитация и гарантия качества. 15 (7): 421–427. Дои:10.1007 / s00769-010-0655-z. S2CID  95388009.
  20. ^ Йоханссон, Ингвар (2010). «Метрологическому мышлению необходимы понятия параметрический количества, единицы и размеры ". Метрология. 47 (3): 219–230. Bibcode:2010Метро..47..219J. Дои:10.1088/0026-1394/47/3/012.
  21. ^ Купер, G .; Хамфри, С. (2010). «Онтологическое различие между единицами и сущностями». Синтез. 187 (2): 393–401. Дои:10.1007 / s11229-010-9832-1. S2CID  46532636.
  22. ^ а б Химмельблау, Дэвид (1996). Основные принципы и расчеты в химической инженерии (6 изд.). С. 17–20. ISBN  978-0-13-305798-0.
  23. ^ «Преобразование светового излучения». В архиве с оригинала 11 марта 2016 г.. Получено 10 марта, 2016.
  24. ^ История фонда National Mole Day Foundation, Inc. В архиве 2010-10-23 на Wayback Machine.
  25. ^ С Днем Крота! В архиве 2014-07-29 в Wayback Machine, Мэри Бигелоу. Блог SciLinks, Национальная ассоциация учителей естественных наук. 17 октября 2013 г.
  26. ^ Что такое день крота? - Дата и как отпраздновать. В архиве 2014-07-30 в Wikiwix, Энн Мари Хелменстайн. About.com.
  27. ^ Школа Персе (7 февраля 2013 г.), Школа Персе отмечает родинки химического разнообразия., Кембриджская сеть, в архиве из оригинала от 11.02.2015, получено 11 февраля, 2015, Поскольку 6.02 соответствует 6 февраля, школа приняла эту дату как «День крота».

внешняя ссылка