01 · 定義
莫耳是唯一什麼都不量測的 SI 單位。它只是數數:多少個,就像一打或者一百那樣,只不過這個數大得無法想像。
一莫耳恰好含有 6.022 140 76·10²³ 個基本單元——原子、分子、離子、電子;究竟是哪一種,必須始終寫明。自 2019 年起這個數由定義固定,莫耳不再依賴任何物質,也不再依賴公斤。
「一莫耳氧」是一句沒有意義的話:一莫耳 O 原子重 16 g,一莫耳 O₂ 分子重 32 g。SI 要求寫明粒子:mol(O)、mol(O₂)、mol(e⁻)。
02 · 換算
輸入一個物質的量——護照將為您換算
莫耳和大家一樣有十進位詞頭,但它旁邊住著另一種邏輯的單位:美國石化業的磅莫耳,以及天然氣工業的標準立方公尺。
標準狀況是一種約定,而且有兩套:0 °C 與 101.325 kPa 給出 22.414 l/mol,而「標準態」的 25 °C 已經是 24.466 l/mol。查表時永遠要先確認用的是哪一套。
| 單位 | 名稱 | 數值 | 出現在哪裡 |
|---|---|---|---|
| nmol | 奈莫耳 | 1·10⁹ | 生物化學,痕量 |
| µmol | 微莫耳 | 1·10⁶ | 藥理學、維生素、光合作用 |
| mmol | 毫莫耳 | 1000 | 血液檢驗,實驗室化學 |
| mol | 莫耳 | 1 | SI 中物質的量的基本寫法 |
| kmol | 千莫耳 | 0.001 | 工業反應器,氣體衡算 |
N = n · N(A),其中 N(A) = 6.022 140 76·10²³ mol⁻¹;體積對應 0 °C、101.325 kPa 下的理想氣體
03 · 數量級
從單個分子到行星的大氣一莫耳:18 g 水,44 g 二氧化碳
04 · 量測儀器
用什麼量取莫耳
莫耳從不直接秤量:秤出公克數,再除以莫耳質量。0.1 mg 的解析度是化學的主力。
它使離子加速並依質量分開:給出同位素組成,從而給出樣品精確的莫耳質量。
它透過法拉第常數,從通過的電荷數出莫耳:電化學把安培直接換成物質的量。
XRCD 方法:在完美的矽-28 球體中,原子透過晶格參數被逐個數出來——亞佛加厥數在被固定之前正是這樣測出的。
05 · 書寫規則
全部小寫:mol,而且總要說清是什麼的莫耳
符號 mol 用小寫書寫,不帶句點,因為這個名稱不是姓氏。符號從不加複數詞尾:寫 5 mol,不寫 5 mols。而「0.1 M」是體積莫耳濃度,mol/l——那是濃度,不是物質的量。
06 · 相鄰單位
莫耳最後一個進入 SI——1971 年——並帶來了一個導出單位:開特,每秒莫耳,即酶反應的速率。旁邊還有以 mol/m³ 計的濃度和以 g/mol 計的莫耳質量,它們把化學與公斤連在一起。
全部實用化學由這三個公式構成:粒子、氣體與電解。
07 · 歷史部分
莫耳之前人們怎樣計量物質
以公克為單位的物質質量,數值上等於分子量。與莫耳是同一個量,只是用天平表達出來。
對原子而非分子的同樣說法:16 g 氧是一克原子,32 g 是一克分子。莫耳正是消除了這種混亂。
與一個氫原子反應的量。它取決於反應而非物質——因此被淘汰。
同樣的原理,只是用磅代替公克:它活在美國石化業和精餾塔計算之中。
2019 年莫耳不再依賴公斤
舊定義以十二公克碳-12 為基準,把化學繫在質量基準上:只要公斤還是一塊鉑,亞佛加厥數就是帶不確定度的量測值。固定這個數把關係顛倒了過來——如今攜帶不確定度的是碳-12 的莫耳質量,而它微乎其微:12 g/mol,精確到 3·10⁻¹⁰。對任何實用化學而言,新舊莫耳無從分辨。
目錄 · 國際單位制
每個量一本護照
七個基本單位、二十二個有專名的導出單位,以及已退出流通體系的檔案。每個都是獨立的一頁:定義、量綱、換算、儀器、書寫規則。共 36 種語言。
基本單位
打開莫耳的護照有專名的導出單位
赤陶色——定義中含有莫耳的那些歷史體系
符號檔案護照語言
36 種語言。符號 mol 與公式不翻譯——它們在所有語言版本中完全一致;翻譯的是描述、範例以及各文字的書寫規則。