摩尔(mole),简称摩,物质的量,旧称
克分子、
克原子,符号为mole,是
物质的量的单位,是
国际单位制7个
基本单位之一。每摩尔任何物质(微观物质,如分子、原子等)含有
阿伏伽德罗常数(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。
摩尔定义
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
氢气的摩尔质量M(H2)=2.02×10-3kg 。质量m的物质,m与M之比称为该物质的物质的量。例如m=4.04×10-3kg 氢气 (H2)的物质的量为2mol,氢分子个数为2NA。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的核素碳-12原子12C中含有的12C数约6.02×1023。
用“12克”和“碳12C(碳-12)”定义摩尔的主要原因如下(仅供中学学习使用):
因其
原子核含有对等的中子和
质子数。中子质子数对等才能作为
摩尔数的基准原子的原因是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。
阿伏伽德罗常数个中子(质子-这里大家可以将中子质子看作质量相同的粒子)
约等于1克,那么一摩尔的X元素含[有m个质子和n个中子(m,n∈N*)]的原子核就是m+n克。而m+n正好就是这种核素的
相对原子质量。m决定该原子在
元素周期表中的位置,m和n
共同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”。与此同时确定了阿伏伽德罗常数NA为6.02214076×1023。
基本信息
科学上把含有NA(约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
碳单质含NA(约6.02×1023)个碳原子,质量为12克。
1mol的
硫单质含NA(约6.02×1023)个硫原子,质量为32克。
同理,1mol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
相对分子质量是18,1mol水分子的质量为18g,含NA(约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)存在关系:n=m/M
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:273.15K(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 mol H2O 或 1 mol 水分子
发展历史
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。
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
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。
吸光系数
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1
mol/L,b为1
cm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。
化学方程式应用
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
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1/12,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
阿伏伽德罗常数(NA),所以也可以说,包含
阿伏伽德罗常数个基本微粒的物质的量就是1mol。例如1mol O2中含6.02214076×1023个
氧分子,其质量为31.9988g。1mol H+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。