SIMETRIUM .COM M(H₂O) 18.015
SI · kg/mol
ZH-HANT|36 種語言
g/mol 7072749 : 6 : 1 g/molg/molg/molg/molg/molg/mol g/mol g/mol R 100B ⊗U 4 kV 0 12 24 36 48 60 18.015 u SYMBOL PLATE M(¹²C) 12.000 000 012 6 g/molN_A 6.022 140 76·10²³ mol⁻¹ ISO 80000-9 · CIAAW 2021 · kg/mol
大小寫
g 和 mol 用小寫,不加句點。斜體 M 是量的符號,單位用正體。
不要混淆
M 是莫耳質量,g/mol。Mr 是相對分子質量,沒有單位。正體 M 是體積莫耳濃度,mol/L。
底板上是一臺磁式質譜儀的剖面。離子源的燈絲髮光,離子被加速後飛入磁場。三束離子沿不同的弧線偏轉,只有中間一束進入收集器狹縫,收集器隨之閃亮。上方螢幕上依次升起氯的三個峰:70、72 和 74。下方的標記沿質量刻度移到 18.015——一莫耳水就重這麼多公克。
單位護照 · 莫耳質量

公克每莫耳

國際單位制導出單位——kg/mol · 實際常用 g/mol · 物理量:莫耳質量

要取 6.022·10²³ 個水分子,化學家並不去數。他只需稱出 18.015 g。這個數就是莫耳質量:一莫耳物質有多少公克。食鹽是 58.44 g/mol,蔗糖是 342.3,血紅素約為 64 500。

莫耳質量是按分子式把各原子的質量加起來得到的。原子質量用質譜儀測定:磁鐵按質量把離子分開,越重的離子弧線越平緩。SI 單位是 kg/mol,但實驗室裡寫 g/mol。這樣,這個數就等於以道爾頓為單位的分子質量。

記號g/mol · SI 單位 kg/mol
定義M = m / n——物質的質量除以它的物質的量
參考值M(¹²C) = 12.000 000 012 6 g/mol · M_u = 1.000 000 001 05 g/mol
引入公克原子量——十九世紀起 · kg/mol——自莫耳納入 SI 起,1971 年
標準ISO 80000-9 · IUPAC Green Book · CIAAW 2021
典型值18.015 g/mol——水 · 180.16——葡萄糖 · 64 500——血紅素
前往換算 去看質譜儀
01 · 定義

一莫耳的質量

取一種物質,用它的質量除以以莫耳計的物質的量,就得到莫耳質量 M。純淨物的莫耳質量是恆定的。9 g 水是 0.5 mol,36 g 是 2 mol,比值始終是 18.015 g/mol。

莫耳質量按分子式計算。每種元素的原子質量取自 IUPAC 的表,乘以原子個數,再全部相加。原子質量是天然同位素混合物的平均值,所以氯是 35.45,而不是整數。

M——莫耳質量,g/mol · m——質量,g · n——物質的量,mol · ν——化學式中的原子數 · A_r——相對原子質量 · N_A = 6.022 140 76·10²³ mol⁻¹
互動 · 由原子搭成分子

搭一個分子,稱一莫耳

小球是分子中的原子,大小隨原子質量增大。下面的色條把同一質量分成幾段:每種元素佔莫耳質量的多少。黑色是碳,藍色是氫,綠色是氮,品紅色是氧,灰色是氯。

左:化學式 色條——質量佔比,%
莫耳質量
M = Σ ν·A_r · 1 g/mol
一個分子
m = M / N_A
每 100 g
n = m / M

化學式 · 本頁的物質原子質量 CIAAW 2021
蜂巢 · 來自離子源的分子

什麼飛進了質譜儀

每個格子裡是實驗中一種物質的鍵線式。拐角和線端是碳原子,碳上的氫不畫出,雙線表示雙鍵。氮用綠色標出,氧用品紅色。式子下方的綠色數字是莫耳質量,單位 g/mol。中間是咖啡因:一個藍色火花沿著它的環奔跑。

NNNNOO C₈H₁₀N₄O₂194.19 C₆H₆78.11 OCH₂OH C₆H₁₂O₆180.16 OHH H₂O18.015 OCO CO₂44.009 35Cl37Cl Cl₂70.90 79Br81Br Br₂159.81
場景中的全部六種物質,以及第 01 塊中的葡萄糖數字——g/mol · Cl₂ 和 Br₂ 標出了同位素
互動 · 磁式質譜儀和天平

磁鐵按質量分開離子

中間是質譜儀的剖面。物質的蒸氣進入離子源,熾熱的燈絲從分子中打出電子,電壓 U 使離子加速。離子在磁場 B 中沿半徑 r = √(2mU/e) / B 的弧線飛行:越重,弧線越平緩。藍色虛線是不同質量的離子束,亮度表示這種分子在自然界中的佔比。圖中離子束的分散放大了 8 倍,否則相鄰的質量會併成一條弧線。只有半徑恰好為 200 mm 的離子束能進入收集器狹縫,收集器隨即亮起品紅色。磁場緩慢變化,右邊的螢幕用品紅色線記錄下譜圖,藍色豎線是此刻位於狹縫處的質量。螢幕下方是天平:上面放著恰好一莫耳的物質。左邊的控制台顯示莫耳質量和儀器模式。點選質譜儀,磁場就調到最高峰;點選天平,就放上一莫耳。如果 20 s 內不做任何操作,實驗會自動進行。

左:控制台、莫耳質量和儀器模式右:按 m/z 排列的譜圖和放著一莫耳的天平,磁場掃描 8 s
離子源中的物質
操作
磁場 B—
加速電壓 U4.0 kV
莫耳質量
—
—
狹縫處的質量
—
—
收集器電流
—
—
天平上
—
—

—

圖表 · 譜圖、半徑和天平上的一莫耳

02 · 換算
以公克每莫耳計

道爾頓和 g/mol 給出相同的數,但它們是不同的量。道爾頓是一個分子的質量,g/mol 是一莫耳的質量。2019 年以後,這兩個數不再嚴格相等:按 CODATA 2022,它們相差 1.05·10⁻⁹,遠遠超出任何天平的分辨能力。

工程資料表中會用到 kg/kmol 和 lb/lb-mol。它們的數值與 g/mol 相同:千莫耳是莫耳的一千倍,公斤也是公克的一千倍。一磅莫耳等於 453.59 mol。

03 · 數量級
莫耳質量從 1 g/mol 到 10¹² g/mol,對數刻度

04 · 測量儀器
B
磁式質譜儀
用電壓加速離子,再把它們送入磁場。弧線的半徑取決於質荷比。改變磁場,就能把每種同位素依次送到狹縫上,並測出它的佔比。表中所有的原子質量都是這樣得到的。
L 1.2 m · t ~ √m
飛行時間質譜儀
所有離子獲得同樣的推力,在真空管中飛行。輕的先到,飛行時間隨質量的平方根增長。配合 MALDI 雷射解吸,就能用這種方法稱量質量達幾十萬 g/mol 的蛋白質。
ΔT
貝克曼凝固點測定儀
把稱好的樣品溶於水或苯,溶液的凝固點比純溶劑低。降低值 ΔT 取決於溶解粒子的數目,而與粒子的種類無關。由 ΔT 和樣品質量求出 M——拉烏爾在 1880 年代就是這樣做的。
M = mRT / pV
杜馬燒瓶
把裝有一滴液體的燒瓶放進沸騰的浴中,多餘的蒸氣從毛細管逸出。然後封住毛細管,稱量燒瓶。由蒸氣的質量、體積、壓強和溫度,按理想氣體定律求出 M。
05 · 書寫規則
正確
M(H₂O) = 18.015 g/mol ——括號裡寫物質
M = 0.018 015 kg/mol ——同一個值,用 SI 基本單位表示
Mr(H₂O) = 18.015 ——相對質量,沒有單位
m = 64.5 kDa ——一個蛋白質分子的質量
錯誤
18 g/mole ——符號是 mol,不寫單詞 mole
M(H₂O) = 18 g ——這是質量,不是每莫耳的質量
Mr = 18 g/mol ——相對質量沒有單位
「分子量 18」 ——舊稱,指的是重量,而重量是力
06 · 相鄰單位
07 · 歷史部分
2022
阿斯頓底片 · Ne
計量學札記

元素的原子質量取決於樣品取自何處。海水中的氫和天然氣中的氫含氘的比例不同。因此 CIAAW 給出氫的區間 1.007 84–1.008 11,計算時取約定值 1.008。正因如此,水的莫耳質量只精確到第五位數字。

這個標度本身以碳-12 為基礎。2019 年以前,按定義 M(¹²C) 恰好是 12 g/mol。自從莫耳改由亞佛加厥常數定義,這個值就需要測量了:按 CODATA 2022,它是 12.000 000 012 6 g/mol,不確定度為 3.7·10⁻⁹ g/mol。化學家察覺不到這個差別。

1.007 841.008 111.008
CIAAW 區間 · H
量的目錄
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基礎 · 7 個單位

國際單位制的七個基本單位

目錄實驗室:一杯紫甘藍汁、一個燃燒器、冷板上的一杯水和一組齒輪
目錄 · 所有量都在一頁
目錄入口處的實驗室

一滴酸改變果汁的顏色,鹽為火焰染色,水被輕敲一下就結冰。下面是 Simetrium 的全部頁面,按學科和字母順序排列。

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