物質都是由微觀粒子構成的,人們的肉眼無法觀察到分子、原子、離子等微觀粒子,甚至我們對單個微粒也無法進行稱量,且構成物質的微粒數過于龐大,人力不可計數。但是由微觀粒子組成的宏觀物質則是可以被稱量的,這時,科學研究和實踐中就引入了一個物理量,將微觀粒子數目和宏觀物質的質量聯系起來,這個物理量就是“物質的量”。
物質的量是表示數量的一種物理量,符號為n,是國際單位制的七個基本物理量之一。第十四屆國際計量大會(CGPM)規定,物質的量的基本單位是摩爾,符號為mol,并將摩爾定義為:摩爾是一系統的物質的量,該系統中所包含基本單元數與0.012kg碳-12的原子數目相等。在使用摩爾時,必須明確基本單元是分子、原子、離子、電子或其他粒子,或者是這些粒子的組合。而0.012kg碳-12中含有6.02×1023個碳原子,即任何1mol物質都含有6.02×1023個碳原子。又因為意大利化學家阿伏伽德羅是最早測定并提出6.02×1023的人,故這個值也被稱為阿伏伽德羅常數,用符號NA表示。但實際上,6.02×1023只是一個近似值,如同π與3.14的關系一樣。
物質的量與質量是兩個完全不同的概念。比如同樣是1mol的氧分子和氧原子所表示的物質的量都是1mol,但兩者質量卻相差一倍。物質的量(n)、微粒總個數(N)與阿伏伽德羅常數(NA)之間的聯系可由關系式n=N/NA來表示。在實際中,當摩爾單位太大時,也會用毫摩爾(mmol)或微摩爾(μmol)表示。作為度量單位,摩爾已被廣泛用于化學、生物等基礎科學領域中。
隨著科學技術的不斷發展,2018年的第26屆國際計量大會對國際單位制進行了修改,并通過了千克(kg)、安培(A)、開爾文(K)和摩爾(mol)的新定義,其中摩爾用阿伏伽德羅常數(NA)定義。摩爾的新定義為:1摩爾包括6.02214076×1023個基本物質的物質的量。改由常數定義摩爾,使得摩爾不再依賴于質量單位“千克”而獨立存在,其定義更加明確,且容易理解。摩爾的新定義與現行定義并不矛盾,也不會對摩爾單位的日常使用有任何影響。但從專業角度,新的定義將改變國際計量體系和現有計量格局。
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