몰 (단위)
몰 (기호 : 몰 )을 인 측정 장치 에 대한 물질의 양 에서 국제 단위계 (SI). 정확히 다음과 같이 정의됩니다.6.022 140 76 × 10 23 입자, 원자 , 분자 , 이온 또는 전자 일 수 있습니다. [1]
| 몰 | |
|---|---|
| 단위계 | SI베이스 유닛 |
| 단위 | 물질의 양 |
| 상징 | 몰 |
| 전환 | |
| 1 mol in ... | ... 와 동등하다 ... |
| SI 기본 단위 | 1000mmol |
정의는 일곱 일 개 11 월 2018 채용 SI 기본 단위 , [1] (12)에 물질의 양이 1 몰을 지정 이전 정의 수정 g 의 탄소 -12 ( 12 c)에 도시 한 바와 같이, 동위 원소 의 탄소 .
수 6.022 140 76 × 10 23 ( 아보가드로 번호 )을 1 몰의 질량되도록 선택되었다 화학 화합물 의 그램 가장 실용적인 목적에서 화합물의 한 분자의 평균 질량, 같은 수치 달톤 . 따라서, 예를 들어 1 몰의 물 (H 2 O)에는6.022 140 76 × 10 23 분자, 총 질량은 약 18.015 그램이고 물 한 분자의 평균 질량은 약 18.015 달톤입니다.
몰은 반응물의 양과 화학 반응 생성물을 표현하는 편리한 방법으로 화학에서 널리 사용됩니다. 예를 들어, 화학 방정식 2H 2 + O 2 → 2H 2 O 는 반응하는 2 mol 이 수소 (H 2 )와 1 mol 이산 소 (O 2 ) 각각에 대해 2 mol의 물 (H 2 O) 을 의미하는 것으로 해석 될 수 있습니다. 형태. 몰은 원자, 이온, 전자 또는 기타 개체 의 양을 측정하는 데에도 사용할 수 있습니다 . 용액 의 농도 는 일반적으로 용액 의 단위 부피당 몰 단위의 용해 물질의 양으로 정의되는 몰 농도로 표현되며 , 일반적으로 사용되는 단위는 리터당 몰 (mol / l)이며 일반적으로 M으로 약칭됩니다.
그람-분자 (g mol) 라는 용어 는 이전에 "분자 분자", [2] 및 " 원자 분자"에 대해 그람 원자 (g 원자)에 사용되었습니다. 예를 들어, 1 몰의 MgBr 2 는 MgBr 2 의 1g- 분자 이지만 MgBr 2 의 3g- 원자입니다 . [3] [4]
개념
입자의 특성
몰은 본질적으로 입자의 개수입니다. [5] 일반적으로 계수 된 입자는 화학적으로 동일한 개체이며 개별적으로 구별됩니다. 예를 들어, 용액은 서로 다소 독립적 인 특정 수의 용해 된 분자를 포함 할 수 있습니다. 그러나 고체에서 구성 입자는 격자 배열로 고정되고 묶여 있지만 화학적 정체성을 잃지 않고 분리 할 수 있습니다. 따라서 고체는 이러한 입자의 특정 몰 수로 구성됩니다. 전체 결정이 본질적으로 단일 분자 인 다이아몬드 와 같은 또 다른 경우에서, 몰은 여전히 여러 분자의 개수가 아니라 함께 결합 된 원자의 수를 표현하는 데 사용됩니다. 따라서 일반적인 화학적 규약이 물질의 구성 입자 정의에 적용되며, 다른 경우에는 정확한 정의를 지정할 수 있습니다. 물질 1 몰의 질량은 그램 단위의 상대 원자 또는 분자 질량과 같습니다.
몰 질량
물질 의 몰 질량 은 그램의 배수로 해당 물질 1 몰의 질량 입니다 . 물질의 양은 샘플의 몰수입니다. 대부분의 실제적인 목적을 위해 몰 질량의 크기는 달톤으로 표시되는 한 분자의 평균 질량과 수치 적으로 동일 합니다. 예를 들어, 물의 몰 질량은 18.015 g / mol입니다. [6] 다른 방법으로는 몰 부피 나 전하 측정이 있습니다. [6]
샘플에서 물질의 몰수는 샘플의 질량을 화합물의 몰 질량으로 나눈 값입니다. 예를 들어, 100g의 물은 약 5.551mol의 물입니다. [6]
물질의 몰 질량은 분자식 뿐만 아니라 그 안에 존재 하는 각 화학 원소 의 동위 원소 분포에 따라 달라집니다 . 예를 들어 칼슘 -40 1 몰의 질량 은 다음과 같습니다.39.96259098 ± 0.00000022 그램 인 반면 칼슘 -42 1 몰의 질량 은41.95861801 ± 0.00000027 그램 , 정상적인 동위 원소 혼합과 함께 칼슘 1 몰 은40.078 ± 0.004 그램 .
몰 농도
몰 농도 라고도, 몰 농도 일부 물질의 용액은 용액의 최종 부피 단위당 몰수이다. SI에서 표준 단위는 mol / m 3 이지만 리터당 몰 (mol / L)과 같은보다 실용적인 단위가 사용됩니다.
몰분율
혼합물 (예 : 용액)에서 물질 의 몰 분율 또는 몰 분율 은 혼합물의 한 샘플에서 화합물의 몰 수를 모든 성분의 총 몰 수로 나눈 값입니다. 예를 들어, NaCl 20g을 물 100g에 녹인 경우 용액의 두 물질의 양은 (20g) / (58.443g / mol) = 0.34221mol 및 (100g) / (18.015g)입니다. / mol) = 각각 5.5509mol; NaCl 의 몰 분율은 0.34221 / (0.34221 + 5.5509) = 0.05807이됩니다.
가스 혼합물에서 각 구성 요소 의 분압 은 몰비에 비례합니다.
역사
두더지의 역사는 분자 질량 , 원자 질량 단위 , 아보가드로 수 의 역사와 얽혀 있습니다.
표준 원자량 (원자 질량) 의 첫 번째 표는 1805 년 John Dalton (1766–1844)에 의해 발표되었으며 , 수소 의 상대 원자 질량이 1로 정의 된 시스템을 기반으로합니다 . 이러한 상대 원자 질량은 화학량 론에 기초했습니다. 화학 반응과 화합물의 비율, 그 수용에 큰 도움이 된 사실 : 화학자가 표를 실제로 사용하기 위해 원자 이론 (당시에는 입증되지 않은 가설)에 가입 할 필요가 없었습니다 . 이것은 원자 질량 (원자 이론의 지지자들에 의해 촉진됨)과 동등한 무게 (상대자들에 의해 촉진되고 때때로 정수 인자에 의해 상대적인 원자 질량과 차이가 있음 ) 사이에 약간의 혼동을 초래할 것이며 , 이는 19 세기의 대부분에 걸쳐 지속될 것입니다.
Jöns Jacob Berzelius (1779–1848)는 상대적인 원자 질량을 측정하여 정확도를 지속적으로 높이는 데 중요한 역할을했습니다. 그는 또한 다른 질량이 언급되는 표준으로 산소 를 사용한 최초의 화학자였습니다 . 산소는 수소와 달리 대부분의 다른 원소, 특히 금속 과 화합물을 형성하기 때문에 유용한 표준 입니다. 그러나 그는 산소의 원자 질량을 100으로 고정하기로 결정했습니다.
Charles Frédéric Gerhardt (1816–56), Henri Victor Regnault (1810–78) 및 Stanislao Cannizzaro (1826–1910)는 Berzelius의 작업을 확장하여 알려지지 않은 화합물의 화학 양론 문제와 원자 질량의 사용을 끌어 들였습니다. 카를 스루에 의회 (1860) 당시 큰 합의 . 그 당시 측정의 정밀도 수준 (약 1 %의 상대적 불확실성)에서는 수소의 원자 질량을 1로 정의하는 것으로 관례가 되돌아 갔지만 이는 이후의 산소 표준 = 16과 수치 적으로 동일했습니다. 그러나 화학적 편의성은 산소를 1 차 원자 질량 표준으로 사용하는 것은 분석 화학의 발전과 더욱 정확한 원자 질량 측정의 필요성에 따라 더욱 분명해졌습니다.
mole 이라는 이름 은 1894 년에 화학자 Wilhelm Ostwald 가 독일어 단어 Molekül ( 분자 ) 에서 만든 독일 단위 Mol 의 1897 년 번역입니다 . [7] [8] [9] 등가 질량 의 관련 개념은 적어도 한 세기 전에 사용되었습니다. [10]
표준화
질량 분석법의 발전으로 인해 천연 산소 대신 산소 -16 이 표준 물질로 채택 되었습니다. [ 인용 필요 ]
산소 -16 정의는 1960 년대에 탄소 -12에 기반한 정의로 대체되었습니다. 몰은 국제 중량 측정 국 (International Bureau of Weights and Measures)에 의해 "0.012 킬로그램의 탄소 -12에 원자가있는만큼 많은 기본 개체를 포함하는 시스템의 물질 양"으로 정의되었습니다. 그러므로 그 정의에 의해, 순수의 1 몰 12 C의 질량을 가지고 정확하게 12 g의 . [2] [5] 네 가지 다른 정의는 1 % 이내에 해당합니다.
| 규모 기준 | 12 C = 12에 상대적인 축척 기준 | 12 C = 12 척도 에서의 상대 편차 |
|---|---|---|
| 수소 원자 질량 = 1 | 1.00794 (7) | −0.788 % |
| 산소 원자량 = 16 | 15.9994 (3) | + 0.00375 % |
| 16 O = 16 의 상대 원자 질량 | 15.9949146221 (15) | + 0.0318 % |
그람의 정의가 달톤 의 정의와 수학적으로 연결되지 않았기 때문에 몰당 분자 수 N A (Avogadro 상수)는 실험적으로 결정되어야했습니다. 2010 년 CODATA 에서 채택한 실험 값 은 N A =(6.02214129 ± 0.00000027) × 10 23 mol -1 . [11] 2011 년에 측정 세련된(6.02214078 ± 0.00000018) × 10 23 mol -1 . [12]
두더지는 1971 년 14 번째 CGPM에 의해 일곱 번째 SI 기본 단위로 지정 되었습니다. [13]
2019 년 SI 기본 단위 재정의
2011 년 제 24 차 중량 및 측정 총회 (CGPM) 는 결정되지 않은 날짜에 SI 기본 단위 정의를 수정할 수있는 계획에 동의했습니다 .
2018 년 11 월 16 일, 프랑스 베르사유의 CGPM에서 60 개국 이상에서 온 과학자들의 회의를 거쳐 모든 SI 기본 단위가 물리적 상수로 정의되었습니다. 이것은 두더지를 포함한 각 SI 단위가 물리적 객체의 관점에서 정의되는 것이 아니라 본질적으로 정확한 상수에 의해 정의된다는 것을 의미합니다. [1]
이러한 변경 사항은 공식적으로 2019 년 5 월 20 일에 발효되었습니다. 이러한 변경 사항에 따라 물질의 "1 몰"은 "정확히 6.022 140 76 × 10 23 기본 실체 "에 해당합니다. [14] [15]
비판
1971 년 국제 단위 시스템에 채택 된 이래 , 미터 나 두 번째 와 같은 단위로서의 두더지 개념에 대한 수많은 비판 이 발생했습니다.
- 주어진 양의 물질에서 분자, 전자 등의 수는 단순히 숫자로 표현 될 수 있는 차원이없는 양 이므로 별개의 기본 단위와 연관 될 수 없습니다. [5] [16] [17]
- 공식적인 몰은 물질의 구식 연속체 (완전히 원자 론적이지 않은) 개념을 기반으로하며 전자 나 용해 이온 물질이 없기 때문에 논리적으로 전자 나 용해 이온에 적용 할 수 없습니다. [17]
- SI 열역학적 몰은 분석 화학과 관련이 없으며 선진 경제에 피할 수있는 비용을 초래할 수 있습니다. [18]
- 몰은 실제 미터 (즉, 측정) 단위가 아니라 매개 변수 단위이며 물질의 양은 매개 변수 기본 양입니다. [19]
- SI는 엔티티의 수를 차원 1의 수량으로 정의하므로 엔티티 와 연속 수량 단위 간의 존재 론적 구별을 무시합니다 . [20]
화학에서 Proust의 명확한 비율 의 법칙 (1794) 이후로 화학 시스템 의 각 구성 요소 질량에 대한 지식이 시스템 을 정의하기에 충분하지 않다는 것이 알려져 있습니다. 물질의 양은 Proust의 "정확한 비율"로 나눈 질량으로 설명 할 수 있으며 질량 측정만으로는 누락 된 정보를 포함합니다. Dalton의 분압 법칙 (1803)에 의해 입증 된 바와 같이 , 물질의 양을 측정하기 위해 질량 측정은 필요하지 않습니다 (실제로는 일반적 임). 물질의 양과 다른 물리량 사이에는 많은 물리적 관계가 있으며, 가장 주목할만한 것은 이상 기체 법칙 (관계가 1857 년에 처음 입증 됨)입니다. "두더지"라는 용어는 이러한 결합 속성을 설명하는 교과서에서 처음 사용되었습니다 . [ 인용 필요 ]
유사한 단위
화학자처럼 화학 엔지니어는 단위 몰을 광범위하게 사용하지만 산업 사용에는 다른 단위 배수가 더 적합 할 수 있습니다. 예를 들어 부피의 SI 단위는 입방 미터로 화학 실험실에서 일반적으로 사용되는 리터보다 훨씬 더 큽니다. 물질의 양이 산업 규모의 공정에서 kmol (1000 mol)로 표시 될 때 몰 농도의 수치는 동일하게 유지됩니다.
에서 변환을 피하는 편의를 위해 제국 (또는 미국 관습 단위 ), 일부 엔지니어들은 채택 파운드 몰 (표기 lbmol 또는 lbmol 12 개체의 수를 의미합니다), LB 의 12 C. 하나의 lbmol을 와 동등하다453.59237 mol , [21] 국제 avoirdupois 파운드 의 그램 수와 같은 값입니다 .
미터법에서 화학 공학자들은 한때 킬로그램 몰 (표기법 kg-mol )을 사용했는데, 이는 12 ° C 의 12 kg에있는 개체의 수로 정의되며 종종 그람 몰 (표기법 g- mol ), 실험실 데이터를 다룰 때. [21]
20 세기 후반 화학 공학 관행은 킬로 몰 (kmol) 을 사용하게 되는데 , 이는 킬로그램 몰과 수치 적으로 동일하지만 그 이름과 기호는 미터법 단위의 표준 배수에 대한 SI 규칙을 채택합니다. 따라서 kmol은 1000 몰을 의미합니다. 이것은 g 대신 kg을 사용하는 것과 같습니다. kmol의 사용은 "크기 편의"를위한 것이 아니라 화학 공학 시스템 모델링에 사용되는 방정식을 일관되게 만듭니다. 예를 들어, kg / s의 유량을 kmol / s로 변환하려면 기본 SI 단위 인 mol / s를 사용하지 않는 한 계수 1000이없는 분자량 만 필요합니다.
식물을위한 온실 및 생장 실 조명은 때때로 초당 평방 미터당 마이크로 몰로 표현됩니다. 여기서 1 몰 광자 = 6.02 × 10 23 광자. [22]
두더지의 날
미국에서 10/23으로 표시된 10 월 23 일은 일부 사람들에게 두더지의 날로 인식됩니다 . [23] 화학자들 사이에서 유닛을 기리는 비공식적 인 휴일입니다. 날짜는 약 Avogadro 번호에서 파생됩니다.6.022 × 10 23 . 오전 6:02에 시작하여 오후 6:02에 종료됩니다. 또는 일부 화학자는 6 월 2 일 ( 06/02 ), 6 월 22 일 ( 6/22 ) 또는 2 월 6 일 ( 06.02 )을 6.02 또는 6.022 부분에 대한 참조로 축하 합니다. 상수의. [24] [25] [26]
또한보십시오
- 아인슈타인 (단위)
- 원소-반응물-생성물 표
- 패러데이 (단위)
- 몰분율 (Mole fraction) – 혼합물의 모든 구성 성분의 총량에 대한 구성 성분의 비율 (mol / mol로 표시)
- Dalton (단위) – 원자 규모 물체의 표준 질량 단위
- 분자 질량
- 몰 질량
참고 및 참조
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2월 6일에 6.02 대응으로 학교가있다 날짜를 '두더지의 날'로 채택했습니다.
외부 링크
- ChemTeam : Wayback Machine 에서 '두더지'라는 단어의 기원 (2007 년 12 월 22 일 보관)