物质都是由微观粒子构成的,人们的肉眼无法观察到分子、原子、离子等微观粒子,甚至我们对单个微粒也无法进行称量,且构成物质的微粒数过于庞大,人力不可计数。但是由微观粒子组成的宏观物质则是可以被称量的,这时,科学研究和实践中就引入了一个物理量,将微观粒子数目和宏观物质的质量联系起来,这个物理量就是“物质的量”。
物质的量是表示数量的一种物理量,符号为n,是国际单位制的七个基本物理量之一。第十四届国际计量大会(CGPM)规定,物质的量的基本单位是摩尔,符号为mol,并将摩尔定义为:摩尔是一系统的物质的量,该系统中所包含基本单元数与0.012kg碳-12的原子数目相等。在使用摩尔时,必须明确基本单元是分子、原子、离子、电子或其他粒子,或者是这些粒子的组合。而0.012kg碳-12中含有6.02×1023个碳原子,即任何1mol物质都含有6.02×1023个碳原子。又因为意大利化学家阿伏伽德罗是最早测定并提出6.02×1023的人,故这个值也被称为阿伏伽德罗常数,用符号NA表示。但实际上,6.02×1023只是一个近似值,如同π与3.14的关系一样。
物质的量与质量是两个完全不同的概念。比如同样是1mol的氧分子和氧原子所表示的物质的量都是1mol,但两者质量却相差一倍。物质的量(n)、微粒总个数(N)与阿伏伽德罗常数(NA)之间的联系可由关系式n=N/NA来表示。在实际中,当摩尔单位太大时,也会用毫摩尔(mmol)或微摩尔(μmol)表示。作为度量单位,摩尔已被广泛用于化学、生物等基础科学领域中。
随着科学技术的不断发展,2018年的第26届国际计量大会对国际单位制进行了修改,并通过了千克(kg)、安培(A)、开尔文(K)和摩尔(mol)的新定义,其中摩尔用阿伏伽德罗常数(NA)定义。摩尔的新定义为:1摩尔包括6.02214076×1023个基本物质的物质的量。改由常数定义摩尔,使得摩尔不再依赖于质量单位“千克”而独立存在,其定义更加明确,且容易理解。摩尔的新定义与现行定义并不矛盾,也不会对摩尔单位的日常使用有任何影响。但从专业角度,新的定义将改变国际计量体系和现有计量格局。
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