出品：科普中國
制作：陳星
監(jiān)制：中國科學(xué)院計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心
乍一聽物質(zhì)的量，還以為是和質(zhì)量有什么關(guān)系，是不是？其實(shí)物質(zhì)的量和質(zhì)量沒什么直接的聯(lián)系。
物質(zhì)的量是國際單位制中7個基本物理量之一，其符號為n，單位為摩爾(mol)，簡稱摩。物質(zhì)的量是表示物質(zhì)所含微粒數(shù)(N)（如：分子，原子等）與阿伏加德羅常數(shù)之比。
阿伏伽德羅常數(shù)的數(shù)值為0.012kg 12C（碳12）所含碳原子的個數(shù)，約為6.02×1023。它是把一定數(shù)目的微觀粒子與可稱量的宏觀物質(zhì)聯(lián)系起來的一種物理量。這個物理量和單位在日常生活中使用的不是很廣泛，但是在化學(xué)實(shí)驗(yàn)中卻很常見。這里的碳12指的是這種碳原子包含六個質(zhì)子，六個中子。之所以用這種碳原子是因?yàn)樗艹Ｒ姡宜?span id="vvjhvh3" class="candidate-entity-word" data-gid="12048983">中子數(shù)和質(zhì)子數(shù)相等，便于測量。
“摩爾”是在1974年10月，第14屆國際計(jì)量大會決定增加的國際單位制（SI）的第七個基本單位。摩爾應(yīng)用于計(jì)算微粒的數(shù)量、物質(zhì)的質(zhì)量、氣體的體積、溶液的濃度、反應(yīng)過程的熱量變化等。
摩爾來源于拉丁文moles，原意為大量、堆積。這個單位其實(shí)是對特定數(shù)量的稱呼，好比我們平時使用“一打”來特指十二個，“摩爾”特指的是6.02×1023個微粒的集合（這些微粒可以是原子，分子，離子等等）。國際上規(guī)定，1mol粒子集體所含的粒子數(shù)與0.012kg 12C（碳12）中所含的碳原子數(shù)相同，即1“摩爾”任何物質(zhì)所包含的結(jié)構(gòu)粒子的數(shù)目都等于0.012kg 12C（碳12)所包含的原子個數(shù)，約為6.0221367×1023 個結(jié)構(gòu)粒子。
原子（圖片來源于網(wǎng)絡(luò)）
“摩爾”這個單位是連接微觀和宏觀的重要橋梁，它使化學(xué)實(shí)驗(yàn)的計(jì)量變得簡單。因?yàn)樵趯?shí)驗(yàn)時，我們處理的都是宏觀的物質(zhì)，而實(shí)際化學(xué)反應(yīng)卻是發(fā)生在微觀的，因此使用“摩爾”就可以很方便地把兩者聯(lián)系起來。
那么為什么要用6.0221367×1023代表一摩爾，而不是1×1023或者1×1024呢？這里面其實(shí)是有些歷史淵源的。“摩爾”和“原子量”兩個單位有著很密切的關(guān)系。我們下面先說一下原子量的概念。
原子量，也稱原子質(zhì)量或相對原子質(zhì)量，符號ma，是某種原子的質(zhì)量與碳-12原子質(zhì)量的1/12（約1.66×10-27 kg）的比值，單位為1。這樣定義就可以使得元素表中的第一個元素——“氫”的原子量為1。可以看出，“原子量”的出現(xiàn)是為了使科學(xué)家能夠更加簡單地來表示原子的質(zhì)量，因?yàn)樵拥馁|(zhì)量很小，每次都用類似于1.66×10-27 kg這樣的數(shù)值來表示很不方便。
有了“原子量”這個單位之后，就可以很方便地表示原子的質(zhì)量了，但是如上所說，“原子量”這個單位很小，在實(shí)際的實(shí)驗(yàn)中使用不方便。為了把常用的質(zhì)量單位“克”和“原子量”關(guān)聯(lián)起來，化學(xué)家們逐漸發(fā)展出了“克原子量（gram atomic weight）”這個概念。
“克原子量”是一個質(zhì)量單位，它表示的是一種特定的原子的質(zhì)量在以“克”為單位時，數(shù)值恰好等于該原子的“原子量”。例如，碳12原子“克原子量”表示的就是一定質(zhì)量的碳12，由于碳12原子的原子量是12，因此碳12的“克原子量”就是12“克”。里面一共包含大約6.0221367×1023個碳12原子。再如，對于鐵原子，它的“原子量”是56，因此鐵的“克原子量”就是56“克”。
“克原子量”雖然使用起來很方便，但是有時化學(xué)實(shí)驗(yàn)中需要計(jì)量的并不是原子，而是分子或者離子。例如對于常見的氧分子，它是一個分子，包含兩個氧原子，它的分子量是32，應(yīng)該說它的“克分子量”是32“克”，而不應(yīng)該說它的“克原子量”。
化學(xué)分子結(jié)構(gòu)（圖片來源于網(wǎng)絡(luò)）
因此這樣一來就會存在“克原子量”，“克分子量”和“克離子量”幾種不同的表述，但是這幾種表述又很相近，可能會造成實(shí)際應(yīng)用上的混淆，正是因?yàn)檫@樣，在上世紀(jì)70年代，科學(xué)家們決定用“摩爾”這個單位來表示 “克原子量”，“克分子量”或者其他的“克量”。
因此“摩爾”這個單位可以看成是某種形式的統(tǒng)一，它統(tǒng)指的是特定數(shù)值的物質(zhì)的結(jié)構(gòu)粒子（原子、分子或者離子）的集合恰好等于該物質(zhì)的“克原子量”或者“克分子量”，這個特定數(shù)值就是阿伏伽德羅常數(shù)，目前最準(zhǔn)確的值是6.022140857(74)×1023。
通過“摩爾”的定義其實(shí)可以發(fā)現(xiàn)，6.022×1023這個數(shù)字其實(shí)并不常用，它的出現(xiàn)是因?yàn)槟撤N物質(zhì)的“克原子量”或者“克分子量”恰好是6.022×1023個原子或者分子的集合。由于任何純凈物質(zhì)的6.022×1023個原子或者分子的集合都是該物質(zhì)的“克原子量”或者“克分子量”，因此科學(xué)上把這個常數(shù)命名為阿伏伽德羅常數(shù)。
“摩爾”這個單位最重要的是1“摩爾”的某種物質(zhì)（原子，分子，或者離子）的質(zhì)量恰好等于以“克”為單位的該物質(zhì)的原子量或者分子量。例如對于1“摩爾”的C2H6O（乙醇），它的分子量是46，那么它的質(zhì)量大概就是46克，它大概包含6.022×1023個乙醇分子。
有了“摩爾”這個單位，就可以很方便地表示原子，分子或者離子的數(shù)量了，因?yàn)?“摩爾”的任何純凈物都包含有大約6.022×1023個該物質(zhì)的結(jié)構(gòu)粒子（原子，分子，或者離子，視具體的研究對象而定）。
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