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摩尔(物质的量单位) 发布于:

摩尔(mole),简称摩,旧称克分子、克原子,符号为mol,是物质的量的单位,是国际单位制7个基本单位之一。每1摩尔任何物质(微观物质,如分子、原子等)含有阿伏加德罗常量(约6.02×10²³)个微粒。使用摩尔时基本微粒应予指明,可以是原子、分子、离子及其他微观粒子,或这些微观粒子的特定组合体。

约6.02×10²³个原子就是1摩尔,就好比人们常说的一打就是指12个,“摩尔”和“打”一样只是一种特殊的单位量。0.012kg(12克) ¹²C(碳-12)所包含的原子个数就是1摩尔。

2018年11月16日 ,第26届国际计量大会通过“修订国际单位制”决议,正式更新包括国际标准质量单位“千克”在内的4项基本单位定义。新国际单位体系采用物理常数重新定义质量单位“千克”、电流单位“安培”、温度单位“开尔文”和物质的量单位“摩尔”。

1摩尔是精确包含6.02214076×10²³(约为6.02×10²³)个原子或分子等基本单元的系统的物质的量。

使用摩尔时基本微粒应予指明,可以是原子、分子、离子、原子团、电子、质子、中子及其他粒子,或这些粒子的特定组合。国际上规定,1mol粒子集体所含的粒子数为6.02×10²³个,0.012kg ¹²C(碳-12)中所含的碳原子数也等于6.02×10²³个,所以,一摩尔物质所包含的结构粒子的数目等于0.012kg ¹²C(碳12)所包含的原子个数。

有时,把一摩尔物质的质量称为该物质的摩尔质量,用符号M表示,如氢气H2的M=2.02×10⁻³kg 。质量F为M的物质,M与μ之比称为该物质的物质的量(又称摩尔数),=Mμ。例如M=4.04×10⁻³kg 氢气 H₂ 的摩尔数=2。一摩尔物质所占的体积 Vm,称为摩尔体积。气体的摩尔体积依赖于温度和压强.标准状态下,理想气体的 Vm=22.41410L。Fmol⁻¹。固态和液态物质的摩尔体积与温度、压强的关系较小。一摩尔不同的固态物质和不同的液态物质的体积是不同的。

根据科学实验的精确测定,知道0.012kg的一种碳原子¹²C(碳-12)中含有的¹²C数约6.02×10²³。

为什么用“12克”和“碳¹²C(碳-12)”定义摩尔?主要原因如下(仅供中学学习使用):

为何非要12克?因其原子核含有对等的中子和质子数。为何中子质子数对等才能作为摩尔数的基准原子呢?因为中子比质子多一个负电子和一些辐射,所以严格来讲,单个中子要比质子质量略微高一点【其质量为 1.6749286 ×10⁻²⁷千克(939.56563兆电子伏特),比质子的质量稍大(质子的质量为1.672621637(83)×10⁻²⁷千克)科学计数太复杂】,为了方便比照计量其他原子核的质量,要取一个中子质量和质子质量的中间值(取平均值是传统的测量方法)。那么¹²C(碳-12)原子核是作为参照基准最佳选择,而且它存在较为普遍,性质也较为稳定。如此一来,¹²C(碳12)原子核质量的十二分之一在科学计量上最接近一个中子或者质子的质量。

一定数量(阿伏伽德罗常数个,或者叫一摩尔)的中子(质子-这里大家可以将中子质子看作质量相同的粒子)基本上等于1克,那么一摩尔的X元素【含有m(自然数)个质子和n(自然数)个中子】的原子核就是m+n克。而m+n正好就是原子量。m决定该原子在元素周期表中的位置,n决定同种元素原子的原子量。

2018年11月16日,国际计量大会通过决议,1摩尔将定义为“精确包含6.02214076×10²³个原子或分子等基本单元的系统的物质的量”。与此同时修改了阿伏伽德罗常数为6.02214076×10²³。

科学上把含有6.02×10²³个微粒的集合体作为一个单位,称为摩尔,它是表示物质的量(符号是n)的单位,简称为摩,单位符号是mol。

1mol的碳原子含6.02×10²³个碳原子,质量为12克。

1mol的硫原子含6.02×10²³个硫原子,质量为32克。

同理,1摩任何物质的质量都是以克为单位,数值上等于该种原子的相对原子质量或相对分子质量(是一个定值)。

水的式量(相对分子质量)是18,1mol水分子的质量为18g,含6.02×10²³个水分子。

通常把1mol物质的质量,叫做该物质的摩尔质量(符号是M),摩尔质量的单位是克/摩,读作“克每摩”(符号是“g/mol”)例如,水的摩尔质量为18g/mol,写成M(H₂O)=18g/mol。

物质的质量(m)、物质的量(n)与物质的摩尔质量(M)相互之间有怎样的关系呢?

即有:n=m/M,m=n×M,M=m/n

通式:n(物质的量)=N(粒子个数)/NA(阿伏加德罗常数)=m(质量)/M(摩尔质量)=V(气体体积)/Vm(摩尔体积:气体在STP(标准状况:273K(0℃) 101KPa)条件下1mol气体体积为22.4L)=C(物质的量浓度)× V(溶液总体积)

书写方式:系数+mol+化学式(或汉字,注:汉字必须标明是分子还是原子等)

例如:一摩尔水分子可以写作 1 molH₂O 或 1 mol 水分子

摩尔是在1971年10月,有41个国家参加的第14届国际计量大会决定增加的国际单位制(SI)的第七个基本单位。摩尔应用于计算微粒的数量、物质的质量、气体的体积、溶液的浓度、反应过程的热量变化等。 摩尔来源于拉丁文moles,原意为大量、堆积。

1971年第十四届国际计量大会关于摩尔的定义有如下两段规定:“摩尔是一系统的物质的量,该系统中所包含的基本单元数与0.012kg碳-12的原子数目相等。”“在使用摩尔时应予以指明基本单元,它可以是原子、分子、离子、电子及其他粒子,或是这些粒子的特定组合。”上两段话应该看做是一个整体。0.012kg碳-12核素所包含的碳原子数目就是阿伏伽德罗常数(NA),实验测得的近似数值为NA=6.02×10²³。摩尔跟一般的单位不同,它有两个特点:①它计量的对象是微观基本单元,如分子、离子等,而不能用于计量宏观物质。②它以阿伏加德罗数为计量单位,是个批量,不是以个数来计量分子、原子等微粒的数量。也可以用于计量微观粒子的特定组合,例如,用摩尔计量硫酸的物质的量,即1mol硫酸含有6.02×10²³个硫酸分子。摩尔是化学上应用最广的计量单位,如用于化学反应方程式的计算,溶液中的计算,溶液的配制及其稀释,有关化学平衡的计算,气体摩尔体积及热化学中都离不开这个基本单位。

摩尔消光系数摩尔吸光系数、摩尔吸收系数

分光光度法是基于不同分子结构的物质对电磁辐射的选择性吸收而建立起来的方法,属于分子吸收光谱分析。当光通过溶液时,被测物质分子吸收某一波长的单色光,被吸收的光强度与光通过的距离成正比。虽然了解到Bouguer早在1729年已提出上述关系的数学表达式,但通常认为Lambert于1760年最早发现表达式,其数学形式为:

T=I/I0=10(-kb)

其中I0为入射光强,I为透射光强,10(-kb)为以10为底的指数,k为常数,b为光程长度(通常以cm表示)。

比尔定律等同于Bouguer定律,只是比尔定律以浓度来表达。将两个定律结合起来,组成Beer-Bouguer定律:

T=I/I0=10(-kb)

其中c为吸光物质的浓度(通常以g/L或mg/L为单位)。将上式取以10为底的对数后,得到线性表达式:

A=-logT=-log(I/I0)=log(I0/I)=εbc

其中A为吸光度,ε是摩尔吸收光系数或消光系数。

上述表达式通常称为比尔定律。它表明,当特定波长的单色光通过溶液时,样品的吸光度与溶液中吸收物浓度和光通过的距离成正比。

在波长、溶液和温度确定的情况下,摩尔消光系数是由给定物质的特性决定的。实际上,测得的摩尔消光系数也和使用的仪器有关。因此,在定量分析中,通常并不用已知物质的摩尔消光系数,而是用一个或多个已知浓度的待测物质作一条校准或工作曲线。

Beer定律的数学表达式为A=kbc,若溶液的浓度c以g/L为单位,b为光径以cm为单位,则常数K称为吸光系数,以a表示,其单位为升/(克·厘米)[L/(g·cm],A=kbc可写成A=abc。

公式A=kbc中的以为1mol/L,b为1cm时,则系数k称为摩尔吸光系数,以ε表示,单位为升/(摩尔·厘米)[L/(mol·cm)],A=kbc可写成A=εc。在实际工作中,不能直接用1mol/L这种高浓度的溶液测定吸光度,而是在稀释成适当浓度时测定吸光度进行运算。ε值与入射光波长、溶液的性质等因素有关。如NADH在260nm时ε为15000,写成ε260NADH=15×10³;在340nm时ε为6220,写成ε340NADH=6.22×10³。

如公式A=kbc中的c是百分浓度(w/v)b为cm,则常数k可用E%表示,称为比吸光系数或百分吸光系数,A=kbc可写成A=E%bc。当待测物的化学结构是已知者可用ε值分析,若所测物的化学结构是未知的,则ε无法确定,此时用比吸光系数分析就很方便。a、ε和E常用作粗定量分析,主要用于定性分析。

化学方程式可以表示反应物和生成物之间的物质的量之比和质量之比。

例如:2H₂+O₂=(点燃)=2H₂O

系数之比2∶1∶2

微粒数之比2∶1∶2

物质的量之比2∶1∶2

质量之比4∶32∶36

从以上分析可知,化学方程式中各物质的系数之比就是它们之间的物质的量之比。运用这个原理就可以根据化学方程式进行各物质的量的有关计算。

一种碳原子(¹²C)质量的十二分之一,是国际相对原子质量(式量)的基准。现知12g¹²C中含6.02214076×10²³个碳原子。这个数叫阿伏加德罗数,所以也可以说,包含阿伏加德罗数个基本微粒的物质的量就是1mol。例如1mol氧分子中含6.02214076×10²³个氧分子,其质量为31.9988g。1mol氢离子中含6.02214076×10²³个氢离子,其质量为1.00794g。在化学计算中,取近似值6.02×10²³个。


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