Mængde stof

Mængde stof Nøgledata

SI-enheder	muldvarp
Dimension	IKKE
Natur	Skalar størrelse konservativ omfattende
Sædvanligt symbol	$ikke$

I kemi eller fysik er ” mængden af stof , symbol n, af et system en repræsentation af antallet af specificerede elementære enheder. En elementær enhed kan være et atom , et molekyle , en ion , en elektron eller en hvilken som helst anden partikel eller specificeret gruppe af partikler. " Dette er en fysisk størrelse, hvis enhed svarende til det internationale system af enheder (SI) er muldvarpen . Enhedsmængden af materiale er derfor "en mol Af det betragtede materiale, uanset hvilket materiale.

Udtrykket "mængde stof" blev først defineret i 1969. Udtrykket " antal mol ", der allerede findes, forbliver korrekt og er stadig udbredt blandt kemikere. Udtrykket " kemisk mængde " accepteres også som et synonym for "mængde stof" og bruges i nogle værker. Hertil kommer, at SI brochuren af BIPM , det Guld Bog og den grønne bog af IUPAC går ind for brugen af "mængde jeg " at henvise til antallet af mol af et stof jeg givet, for eksempel "Vandmængde" for at udtrykke antallet af mol vand og ikke "mængden af vandstof".

Mængden af stof bør ikke forveksles med masse , der udtrykkes i kg . Forskellen mellem de to er den molære masse , som især kan tage ekstreme store værdier i tilfælde af makromolekyler .

Vurdering af mængden af materiale

Definition

Mængden af materiale udtrykt i mol defineres som følger:

{\ displaystyle n = {\ frac {N} {N _ {\ mathrm {A}}}}}

$ikke$ : mængden af stof udtrykt i mol (mol)
$IKKE$ : antallet af enheder af samme art (molekyler, ioner, atomer, elektroner osv.), der er involveret i systemet, som ikke har nogen enhed
${\ displaystyle N _ {\ mathrm {A}}}$ : Avogadros konstant , som er 6.02214076 × 10 23 mol -1 (værdi anbefalet af BIPM ).

Mængden af stof er en omfattende mængde , det vil sige, mængden af stof i et system er summen af mængden af stof på alle dets dele.

Grundlæggende afspejler derfor mængden af stof kun antallet af enheder af den samme art.

Den naturlige enhed af mængden af materiale er teoretisk "enhed", som er antallet af elementære (og minimum); et antal enheder af samme art (molekyler, ioner, atomer, elektroner osv.) skal nødvendigvis oversættes til et heltal. Opdelingen af Avogadro-konstanten ændrer ikke grundlæggende situationen: vi kunne lige så godt overveje, at Avogadro-konstanten er et af præfikserne for det internationale enhedssystem , lidt specielt fordi det ikke er værd at have en magt på ti, men ~ 0,6 yotta , og at muldvarpen er en atypisk enhed i systemet, der pålægger en konverteringsfaktor, når man tæller, hvad der viser sig at være enheder af samme art på atomniveau.

Mængden af stof er mere end blot et tal, og muldvarpen mere end en simpel konverteringsfaktor af to grunde. En praktisk grund, først og fremmest: i lang tid kunne "antallet af mol" af en kemisk art manipuleres af kemikere uden at Avogadro-nummeret var kendt, og nødvendigheden krævede at indstille en vilkårlig konstant konvertering.

Mere fundamentalt afspejler denne opfattelse en radikal skalaændring: stofmængden er det, der gør det muligt at skabe forbindelsen mellem det mikroskopiske niveau (den enhed, der tælles) og det makroskopiske niveau (mængden af stof, der almindeligvis manipuleres i kemi, dannet af ' et gigantisk antal enheder); og kvalitativt er den samlede opførsel af et stof ikke reduceret til overlejringen af den individuelle adfærd for dets bestanddele. Dette meget store antal er det første trin i de tre spring i skala mellem det uendeligt store og det uendeligt lille:

et antal partikler i størrelsesordenen Avogadro-nummer repræsenterer typisk en masse i størrelsesordenen nogle få gram. Tusind er den menneskelige skala; ${\ displaystyle N _ {\ mathrm {A}}}$
domænet for den planetariske skala er et Avogadro-tal ud over. Tusind ud over kiloet er solmassen i størrelsesordenen 2 × 10 29 g ; ${\ displaystyle N _ {\ mathrm {A}}}$
universet som helhed er stadig et Avogadro-nummer ud over. Det antal stjerner i universet er meget groft anslået til 10 24 , baseret på optælling af galakser og et skøn over antallet af stjerner pr galakse.

Mængde stof og masse

En mol af kulstof 12 atomer og tre mol helium 4 atomer indeholder det samme antal protoner , neutroner og elektroner , dvs. 6 mol protoner, 6 mol neutroner og 6 mol elektroner.

Det viser sig imidlertid, at massen af en mol kulstof 12 er værd ca. 12 gram (ifølge definitionen af muldvarpen gyldig fra 1971 til 2019), mens massen af tre mol helium 4 er værd 3 x 4,0026 = 12,007 8 gram. Dette svarer til at sige, at på atomskala har et atom af carbon 12 en masse, der er lidt mindre end den for tre atomer af Helium 4, skønt vi i begge tilfælde har at gøre med 6 protoner., 6 neutroner og 6 elektroner.

Da helt identiske mængder af protoner, neutroner og elektroner kan have forskellige masser afhængigt af typen af atom, som de tilhører, følger det, at man ikke bare kan sidestille masse med mængden af stof.

I dette eksempel forklares den observerede masseforskel ved forskellen mellem de nukleare bindingsenergier af helium og kulstof: hvis masse forstås som en form for den energi, der er indeholdt i stof, kan det tænkes, at forskellige atombindinger bruger forskellige mængder energi og efterlad mere eller mindre i form af masse. Denne masse betragtes som en form for energien indeholdt i stof kommer fra den berømte formel . $E = m \ gange c ^ {2}$

Mængde stof og tung masse

Den vigtigste manifestation af mængden af stof er masse , ved hvilken den måles. Forbindelsen mellem mængde stof og masse er koefficienten kaldet molær masse , som afhænger af de kemiske arter, der overvejes.

Masse, som en mængde stof, er meget stærkt relateret til et af de væsentlige aspekter af massen, den af tung masse , direkte observeret gennem vejning. I modsætning til inert masse , som afspejler materiens modstand mod bevægelse i en dynamisk sammenhæng, afspejler tung masse i det væsentlige en omfattende statisk kvalitet af materien.

I fysiske systemer, hvor det er nødvendigt at skelne konceptuelt mellem de fysiske størrelser af inaktiv masse og tung masse, kan vi skematisk sige, at hvis en fysisk størrelse med en dimension i masse i systembeskrivelsen kan erstattes med en fysisk størrelse har samme adfærd, men hvor massen erstattes af mængden af stof, så er den pågældende masse den tunge masse .

Mængde af stof og kemisk potentiale

Den anden hovedmanifestation af mængden af stof er den kemiske energi indeholdt i den mængde stof, der oversættes til det kemiske potentiale eller ved afledte begreber. Det defineres op til en additivkonstant; det er faktisk mere præcist forskellen i energi, der sandsynligvis vil blive overført ved variationen af en bestemt mængde stof fra en kemisk tilstand til en anden eller fra en fase til en anden i henhold til givne metoder.

Mængden af stof manifesteres ikke længere som vægten af det involverede stof, men som den mængde forandring, som dette stof er i stand til at bringe til systemet. At udtrykke disse energipotentialer i forhold til mængden af stof og ikke for eksempel i forhold til en vejning, minder os om, at den aktive enhed er en kemisk art og ikke en udifferentieret masse.

Mængde stof og elektricitet

De enheder af samme art er generelt kemiske molekyler, men kan også være ioner , eller ved forlængelse elektroner .

The Faraday-konstanten afspejler der repræsenterer en materialemængde er lagt i form af elektrisk ladning.

Formler for mængderne af materialer

Mængden af stof, der tæller rationelle kemiske eller fysiske enheder , kan relateres til andre størrelser i henhold til disse enheders art eller egenskaber.

Forbindelse med en arts molmasse

{\ displaystyle n = {\ frac {m} {M}}}

med:

$ikke$ : mængden af materiale udtrykt i mol (mol)
$m$ : massen af prøven udtrykt i gram (g)
$M$ : den molære masse af arten, der svarer til massen af en mol af denne art, og udtrykkes i gram pr. mol (g · mol −1 ).

Dette forhold gør det muligt at tage et ønsket antal mol fra et stof i fast form, ofte i pulverform.

Forholdet til en arts tæthed

{\ displaystyle n = {\ frac {\ rho \, V} {M}}}

med:

$ikke$ : mængden af materiale udtrykt i mol (mol)
$\ rho$ : densiteten udtrykt i gram pr. liter (g · l −1 )
$V$ : volumen udtrykt i liter (l)
$M$ : den molære masse af arten, der svarer til massen af en mol af denne art, og udtrykkes i gram pr. mol (g · mol −1 ).

Denne formel er nyttig til at tage en valgt mængde stof fra en væske, idet man for eksempel kender dens densitet, som kan relateres til densiteten.

Forbindelse med molært volumen

{\ displaystyle n = {\ frac {V} {V _ {\ mathrm {m}}}}}

med:

$ikke$ : mængden af materiale udtrykt i mol (mol)
$V$ : prøvevolumen udtrykt i liter (l)
${\ displaystyle V _ {\ mathrm {m}}}$ : det molære volumen, der svarer til volumenet af en mol under de samme temperatur- og trykforhold som prøven, udtrykt i liter pr. mol (l · mol −1 ).

Dette gælder for både gasser og væsker og faste stoffer. Det molære volumen afhænger af temperatur og trykforhold.

Ideel gaslov

{\ displaystyle n = {\ frac {P \, V} {R \, T}}}

med:

$ikke$ : mængden af materiale udtrykt i mol (mol)
$P$ : trykket udtrykt i pascal (Pa)
$V$ : volumen udtrykt i kubikmeter (m 3 )
$T$ : temperaturen udtrykt i kelvin (K)
$R$ : den universelle konstant af ideelle gasser ( J mol −1 K −1 ).

Denne formel gælder for gasser og er a priori kun gældende inden for rammerne af den ideelle gas -modellen , som ikke desto mindre forbliver en god tilnærmelse i mange tilfælde.

Forbindelse med koncentration

{\ displaystyle n = C \, V}

med:

$VS$ : molkoncentrationen udtrykt i mol pr. liter (mol·l −1 )
$ikke$ : mængden af materiale udtrykt i mol (mol)
$V$ : volumen udtrykt i liter (l).

Dette bruges for eksempel til at bestemme volumenet af en opløsning af en given koncentration til fortynding . Den molære koncentration udtrykkes som en funktion af mængden af materiale og volumenet.

Noter og referencer

Bemærkninger

Brochure om IS 2019 , s. 21-22.
(en) " Mængde stof ", Compendium of Chemical Terminology [ " Gold Book "], IUPAC , 1997, korrigeret udgave online: (2006-), 2 nd ed..
Peter W. Atkins, Elements of Physical Chemistry , De Boeck University, 1996.
(i) IUPAC , Mængder, enheder og symboler i fysisk kemi ( Green Book ) ,2007, 3 e ed. ( læs online [PDF] ) , s. 53-54.
International Union of Pure and Applied Chemistry . Mængder, enheder og symboler i fysisk kemi [" Green Book "], Oxford, Blackwell Science,1993, 2 nd ed. ( ISBN 0-632-03583-8 , læs online ) , s. 41..
“ BIPM - Avogadro Project ” , på http://www.bipm.org/ , International Bureau of Weights and Measures (adgang 31. august 2016 ) .
Den periodiske system Elements. giver for isotopen 4 He en relativ atommasse på 4,002603250.

Bibliografi

International Bureau of Weights and Measures , The International System of Units ,2019, 9. th ed. ( ISBN 978-92-822-2272-0 , læs online [PDF] ) , s. 21-22.

Relaterede artikler

Mængde stof

Vurdering af mængden af ​​materiale

Definition

Mængde stof og masse

Mængde stof og tung masse

Mængde af stof og kemisk potentiale

Mængde stof og elektricitet

Formler for mængderne af materialer

Forbindelse med en arts molmasse

Forholdet til en arts tæthed

Forbindelse med molært volumen

Ideel gaslov

Forbindelse med koncentration

Noter og referencer

Bemærkninger

Bibliografi

Relaterede artikler

Vurdering af mængden af materiale