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| ほくろ | |
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 1モルは正確に6.022 140 76 × 10 23 個の元素、歴史的な定義では12グラムの炭素12に含まれる原子の数にほぼ相当する。 | |
| 一般情報 | |
| 単位系 | SI |
| 単位 | 物質の量 |
| シンボル | モル |
モル（記号mol）は、国際単位系（SI）における物質量の基本単位であり、物質を構成する元素の数に比例する量である。1モルは、正確に6.022 140 76 × 10 23 個の基本的な実体（およそ 602セクスティリオンまたは 1 兆の 6020 億倍）で、原子、分子、イオン、イオン対、またはその他の粒子である可能性があります。 1 モルに含まれる粒子の数は、アボガドロ数（記号N 0 ）と、モル-1で表されるアボガドロ定数（記号N A ）の数値です。[1]この値は、 12グラムの12 Cに含まれる原子の数に対応する物質の量というモルの歴史的な定義に基づいて選択されました。 [1]これにより、グラムで表される化合物のモルの質量は、ダルトンで表される化合物の平均分子量または式量と数値的に等しくなります。2019 年の SI 改訂により、数値の等価性は現在では近似値に過ぎませんが、すべての実用目的で想定できます。
モルは、化学反応の反応物の量と生成物の量を表す便利な方法として、化学で広く使用されています。たとえば、化学式2 H 2 + O 2 → 2 H 2 Oは、2 モルの分子状水素(H 2 ) と 1 モルの分子状酸素(O 2 ) が反応すると、2 モルの水 (H 2 O) が形成されると解釈できます。溶液の濃度は、通常、モル濃度で表されます。モル濃度は、溶液の単位体積あたりの溶解物質の量として定義され、通常使用される単位はモル毎リットル(mol/L) です。
コンセプト
アボガドロ定数との関係
1 モルのサンプルに含まれる実体の数(記号N ) は、無次元量であるアボガドロ数(記号N 0 ) に等しい。[1] 歴史的に、N 0 は通常の物質1 グラムに含まれる核子(陽子または中性子)の数を近似する。アボガドロ定数(記号N A = N 0 /mol ) は、アボガドロ数と単位の逆数モル(mol −1 )によって与えられる数値乗数である。[2] 比n = N / N Aは、物質の量 (単位はモル) の尺度である。[2] [3] [4]
エンティティの性質
物質の性質に応じて、基本実体は原子、分子、イオン、イオン対、または陽子などの原子より小さい粒子になります。たとえば、10 モルの水(化合物) と 10 モルの水銀(元素) には、体積と質量が異なる 2 つの量にもかかわらず、水分子 1 個につき水銀原子 1 個という同数の物質が含まれています。
モルは、ある特定の数の実体に対応します。[5]通常、数えられる実体は化学的に同一で、個々に異なります。たとえば、溶液には、互いに多少独立した一定数の溶解した分子が含まれている場合があります。ただし、固体の構成実体は固定され、格子状に結合していますが、化学的同一性を失わずに分離できる場合があります。したがって、固体はそのような実体の一定数のモルで構成されています。ダイヤモンドなどのさらに他のケースでは、結晶全体が本質的に単一の分子であるため、モルは分子の数ではなく、結合した原子の数を表すために使用されます。したがって、一般的な化学慣習が物質の構成要素の定義に適用されますが、他の場合には正確な定義が指定されることがあります。物質の質量は、その相対的な原子（または分子）質量にモル質量定数を掛けたものに等しく、モル質量定数はほぼ正確に 1 g/mol です。
類似ユニット
化学者と同様に、化学技術者はモルという単位を広範に使用しますが、工業用途では異なる単位の倍数の方が適している場合があります。たとえば、体積のSI単位系は立方メートルで、化学実験室で一般的に使用されるリットルよりもはるかに大きい単位です。工業規模のプロセスで物質の量がkmol（1000 mol）でも表される場合、モル濃度の数値は のままです。化学技術者はかつて、12 kgの12 Cに含まれる実体の数として定義されるキログラムモル（表記kg -mol ）を使用しており、実験室のデータを扱う際には、モルを12 gの12 Cに含まれる実体の数として定義されるグラムモル（表記g-mol ）と呼ぶことが多かったです。[6]
20 世紀後半の化学工学の実践では、キロモル(kmol) が使用されるようになりました。これは、数値的にはキログラムモルと同一ですが ( 2019 年の SI 改定まで、アボガドロ定数の値を固定することでモルが再定義され、グラムモルとほぼ同等になりましたが、完全に同じではなくなりました)、その名前と記号は、メートル法の単位の標準倍数に関する SI 規則を採用しています。つまり、kmol は 1000 モルを意味します。これは、g の代わりに kg を使用するのと同じです。kmol を使用するのは、「大きさの利便性」のためだけではなく、化学工学システムのモデル化に使用される方程式に一貫性を持たせるためでもあります。たとえば、kg/s の流量を kmol/s に変換するには、基本 SI 単位の mol/s を使用する場合を除いて、モル質量を g/mol で割るだけでよく、1000 を掛ける必要はありません。そうでない場合は、モル質量を kg/mol に変換する必要があります。
帝国単位（または米国慣用単位）への変換を避ける便宜上、一部のエンジニアはポンドモル（表記はlb-molまたはlbmol ）を採用しました。これは12ポンドの12Cの実体数として定義されます。1lb-molは次の値に相当します。453.592 37 g-mol [6]であり、これは国際常用ポンドのグラム数と同じ数値である。
温室や植物育成室の照明は、1平方メートルあたり1秒あたりのマイクロモル数で表されることがあります。1モルの光子は、6.02 × 10 23 個の光子。[7]廃止された単位であるアインシュタインは、1モルの光子に含まれるエネルギーとして、または単に1モルの光子として様々に定義されています。
派生単位とSI倍数
SI 派生単位のうち、モルに由来する特別な名前を持つのはカタルのみで、これは触媒活性の1 秒あたり 1 モルとして定義されます。他の SI 単位と同様に、モルも10 の累乗を掛けるメートル法接頭辞を追加することで変更できます。
1フェムトモルは正確に602,214,076分子であり、アトモル以下の量は正確には計算できない。ヨクトモルは個々の分子の約0.6に相当し、ヨクト接頭辞が正式に導入された年に科学雑誌に登場した。[8]
歴史
モルの歴史は、分子量の単位やアボガドロ定数の歴史と絡み合っています。
最初の標準原子量表は、水素の相対原子質量を 1 と定義するシステムに基づいて、ジョン・ドルトン(1766–1844)によって 1805 年に出版されました。これらの相対原子質量は、化学反応と化合物の化学量論的比率に基づいており、この事実は、表が受け入れられるのに大いに役立ちました。化学者は、表を実際に使用するために、原子論(当時は証明されていない仮説) を信じる必要がなかったのです。このため、原子質量 (原子論の支持者によって推進) と当量重量(原子論の反対者によって推進され、相対原子質量とは整数倍異なる場合もありました) の間に混乱が生じ、この混乱は 19 世紀の大半にわたって続きました。
イェンス・ヤコブ・ベルセリウス(1779–1848) は、相対的な原子質量の決定の精度をますます高めることに尽力しました。また、他の質量の基準として酸素を使用した最初の化学者でもあります。酸素は、水素と異なり、他のほとんどの元素、特に金属と化合物を形成するため、便利な基準です。しかし、彼は酸素の原子質量を 100 に固定することを選択し、これは普及しませんでした。
シャルル・フレデリック・ゲルハルト（1816年 - 1856年）、アンリ・ヴィクトル・ルニョー（1810年 - 1878年）、スタニスラオ・カニッツァーロ（1826年 - 1910年）はベルセリウスの研究を発展させ、化合物の未知の化学量論の問題の多くを解決し、原子質量の使用はカールスルーエ会議（1860年）の頃には大きな合意を集めた。この会議では水素の原子質量を1と定義することに戻ったが、当時の測定精度のレベル（相対不確かさは約1%）では、これは後の酸素標準= 16と数値的に同等であった。しかし、分析化学の進歩と、より正確な原子質量測定の必要性により、酸素を主要な原子質量標準とすることの化学的利便性がますます明らかになった。
モルという名称は、1894年に化学者ヴィルヘルム・オストワルドがドイツ語のMolekül（分子）から作った単位Molの1897年の翻訳である。 [9] [10] [11]同等の質量という関連する概念は、少なくとも1世紀前に使用されていた。[12]
化学では、プルーストの 定比例の法則（1794年）以来、化学システムの各成分の質量を知るだけではシステムを定義するのに十分ではないことが知られている。物質の量は、質量をプルーストの「定比例」で割ったものとして説明でき、質量の測定だけでは得られない情報を含んでいる。ドルトンの 分圧の法則（1803年）で実証されているように、質量の測定は物質の量を測定するのに必要でさえない（実際にはそれが普通だが）。物質の量と他の物理量の間には多くの物理的関係があり、最も注目すべきは理想気体の法則（この関係が初めて実証されたのは1857年）である。「モル」という用語は、これらの凝集特性を説明する教科書で初めて使用された。[13]
標準化
質量分析法の発達により、天然酸素の代わりに酸素16が標準物質として採用されるようになった。 [14]
1960年代に酸素16の定義は炭素12に基づく定義に置き換えられた。国際度量衡局はモルを「0.012キログラムの炭素12に含まれる原子と同じ数の基本元素を含むシステムの物質量」と定義した。したがって、その定義によれば、純粋な12Cの1モルの質量は正確に12g である。[15] [5] 4つの異なる定義は1%以内で同等であった 。
原子質量の測定に一般的に使用される単位であるダルトンは、炭素 12 原子の質量のちょうど 1/12 であるため、このモルの定義は、化合物または元素 1 モルの質量（グラム）が、その物質の分子または原子 1 個あたりの平均質量（ダルトン）に数値的に等しく、1 グラムあたりのダルトンの数が 1 モルに含まれる基本物質の数に等しいことを意味していました。核子（つまり、陽子または中性子）の質量は約 1 ダルトンであり、原子核内の核子がその質量の圧倒的多数を占めるため、この定義は、物質 1 モルの質量が、その物質の原子または分子 1 個あたりの核子の数にほぼ等しいことも意味していました。
グラムの定義は数学的にダルトンの定義と結びついていなかったため、モルあたりの分子数N A （アボガドロ定数）は実験的に決定する必要がありました。 2010年にCODATAが採用した実験値はN A =6.022 141 29 (27) × 10 23 mol −1 . [16] 2011年に測定値は次のように改良された。6.022 140 78 (18) × 10 23 モル−1 . [17]
モルは1971年の第14回国際度量衡総会でSI基本単位の7番目となった。 [18]
2019年のSI改訂
2019年のSI改訂以前は、モルは12グラムの炭素12 （炭素の最も一般的な同位体）に含まれる原子と同じ数の基本エンティティを含むシステムの物質量として定義されていました。[19]グラム分子 という用語は以前は1モルの分子を意味し、グラム原子は1モルの原子を意味していました。[15]たとえば、1モルのMgBr 2は1グラム分子のMgBr 2ですが、3グラム原子のMgBr 2です。[20] [21]
2011 年、国際度量衡総会(CGPM)の第 24 回会議では、SI 基本単位の定義を未定の日付で 改訂する計画が合意されました。
2018年11月16日、フランスのヴェルサイユで開催されたCGPMで60か国以上の科学者が集まった会議の後、すべてのSI基本単位が物理定数に基づいて定義されました。これは、モルを含む各SI単位が物理的な物体に基づいて定義されるのではなく、本質的に正確な物理定数によって定義されることを意味します。 [3]
これらの変更は2019年5月20日に正式に発効しました。これらの変更に伴い、物質の「1モル」は「正確に6.022 140 76 × 10 23その物質の「基本実体」である。[22] [23]
批判
1971 年に国際単位系に採用されて以来、メートルや秒のような単位としてのモルの概念に対して数多くの批判が起こっています。
- 与えられた量の物質中の分子の数などは、明確な基本単位を必要とせず、単純に数値として表現できる固定された無次元量である。 [5] [24]
- SI熱力学モルは分析化学とは無関係であり、先進国に回避可能なコストを引き起こす可能性がある[25]
- モルは真の測定単位ではなく、むしろパラメータ単位であり、物質の量はパラメータ基本量である[26]
- SIは実体の数を1次元の量として定義し、実体と連続量の単位との存在論的区別を無視している[27]
もぐらの日
10月23日は米国では10/23と表記され、モルの日として知られている。[28]これは化学者の間で単位を記念する非公式の祝日である。この日付はアボガドロ数に由来しており、6.022 × 10 23。午前6時2分に始まり、午後6時2分に終わります。また、化学者の中には、定数の6.02または6.022の部分にちなんで、 6月2日（ 06/02 ）、6月22日（ 6/22 ）、または2月6日（06.02 ）を祝う人もいます。[29] [30] [31]
参照
参考文献
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6.02は2月6日に該当するため、同校ではこの日付を「モルの日」として採用しています。
外部リンク
- ChemTeam: Wayback Machineの「Mole」という単語の起源(2007 年 12 月 22 日アーカイブ)