Natürlich ist es Konvention und das schon seit einem guten Jahrhundert. Und es gibt keinen wirklichen Grund, warum diese Konvention (und keine andere) überhaupt stattgefunden hat - es ist durchaus denkbar, einen „imperialen Maulwurf“ so zu definieren, dass die Atommasse eines Elements der gleichen Masse in Unzen entspricht. 1 imperiales Mol Kohlenstoffatome wäre dann zwölf Unzen Kohlenstoffatome.

Grundsätzlich gibt es also zwei Fragen:

• Warum eine große Zahl durch ersetzen? Eine Einheit, die nur "diese bestimmte große Zahl" bedeutet?

• Warum ist der derzeit definierte Maulwurf eine gute Wahl für diese Einheit?

Die Sache mit großen Zahlen ist, dass sie groß sind. Fast jeder, der in einem metrischen Land aufgewachsen ist, kann mindestens drei SI-Präfixe nennen: Kilo, Centi und Milli. Dank der IT kennen viele Menschen jetzt auch Mega und Giga (und vielleicht Tera), auch wenn sie zu Hause keine metrischen Einheiten verwenden. Aber Tera bringt dich nur auf $ 10 ^ {12} $. Wir brauchen ungefähr $ 10 ^ {21} $ für Mol.

Ich arbeite in meiner Forschung oft mit Milli- oder Mikromol Substanzen. In einfachen Zahlen sind das $ 10 ^ {20} $ oder $ 10 ^ {17} $ - ich kenne diese Präfixe nicht und müsste daher eine völlig neue Teilmenge lernen. Mit dem Maulwurf fällt alles, was man im Labor verwendet, gut in etwas zwischen Nano und Kilo.

Es hilft auch, eine einzige Einheit dort zu haben. Die Molmasse wird in Gramm pro Mol, Konzentrationen in Mol pro Liter und vielem mehr ausgedrückt. Wenn es keine Einheit gäbe, wären es einfache Gramm pro 1 oder 1 pro Liter - genau der Grund, warum manche Leute es vorziehen, Rad oder eine andere Methode zu verwenden, um Radiant anzuzeigen, anstatt nur die Zahl zu schreiben. Wenn das Gerät vorhanden ist, werden Sie es wahrscheinlich nicht vergessen. Sie wissen, ob Ihre Berechnungen gut sind und mehr. Wenn es keinen Namen für diese Einheit gäbe, müsste sie erfunden werden.

Wenn der Maulwurf also nicht existiert, sollte er der Einfachheit halber erfunden werden.

Das Gute an der Größendefinition des Maulwurfs ist, wie oben erwähnt, dass alles in einen allgemeinen Bereich gebracht wird. Unabhängig von Masse, Volumen, Konzentration oder Menge wird jeder Einheit nur eine kleine Teilmenge der SI-Präfixe vorangestellt: Kilo, Milli, Mikro, vielleicht Nano. Zum Glück sind dies auch diejenigen, die im Alltag am häufigsten verwendet werden (außer Nano und vielleicht Mikro).

Es spielt keine Rolle, wo man landet. Wenn der Maulwurf ursprünglich imperial definiert worden wäre, ^{[1] sup>, wäre das in Ordnung, ich hätte $ 12.01 \, \ frac {\ mathrm {g}} {\ mathrm {mol}} $ nicht auswendig gelernt für Kohlenstoff aber $ 340.48 \, \ frac {\ mathrm {g}} {\ mathrm {mol}} $. Das würde deutlich größere Molmassen erzeugen, aber das sollte kein Problem sein, sondern nur bedeuten, dass Nano häufiger vorkommt.}

Die Definition der Einheit ist, dass dies nicht der Fall ist stören $ 99,9 \, \% $ der Wissenschaftler, die mit der Einheit arbeiten. Sekunden werden (durch SI) anhand einer Reihe von Übergängen definiert, die in einem seltsamen Isotop auftreten und die ich nicht einmal messen kann. Ich würde eine Sekunde erklären, indem ich sage, es ist der 86400 ^{-te sup> Bruchteil eines Tages, wenn mich jemand fragt. Gleiche Bedeutung, unterschiedliche Genauigkeit. Wenn die Maulwürfe bald durch bloßes Zählen und nicht durch Wiegen von Atomen definiert werden, dann sei es so. In der Praxis wird sich für mich nichts ändern. (Vielleicht die vierte Ziffer einer Molmasse, aber ich zähle diese nicht wirklich.) Solange eine neue Definition nichts bricht, können wir weitermachen.}

Hinweise:

[1]: Mit imperial wollte ich die folgende Definition mit imperialen Einheiten annehmen:

Ein Mol ist die Anzahl der Atome in genau $ 12.00 ~ \ mathrm {oz} $ der Atome des Kohlenstoffisotops $ \ ce {^ {12} C} $.

Ich denke, der Hauptgrund, warum es immer noch verwendet wird, ist, dass wir uns der Notwendigkeit der Avogadro-Konstante $ N_ \ mathrm A = 6.022 \ times10 ^ {23} \ \ mathrm {mol ^ {- 1}} $ nicht entziehen können. Selbst wenn wir einige metrische Präfixe verwenden würden, die $ 10 ^ {24} $ usw. bedeuten, würden wir immer noch die Avogadro-Konstante benötigen, da sie bei der Definition anderer physikalischer Konstanten verwendet wird.

Zum Beispiel die Boltzmann-Konstante, $$ k_ \ mathrm B = \ frac {R} {N_ \ mathrm A} $$

Und, Faradays Konstante, $$ F = N_ \ mathrm A \ cdot e $$ wobei $ -e $ ist die Elementarladung eines Elektrons.

Oder die Anzahl der Teilchen in einem idealen Gas, $$ N = \ frac {p \ cdot V \ cdot N_ \ mathrm A} {R \ cdot T} $$

Alle diese Konstanten müssen gleich bleiben, damit viele der Formulierungen der Chemie korrekt sind. Wir wären also auf die eine oder andere Weise über diese magische Zahl gestolpert.

Es mag zwar zutreffen (und das weiß ich nicht), dass der Maulwurf nicht in diesem Sinne definiert wurde, aber es ist wirklich sehr praktisch, wenn Sie mich bitten, dass ein Maulwurf sowohl eine Einheit als auch eine physikalische Konstante ist, die jeder kennt

Es ist besonders nützlich, weil Sie sich nicht merken müssen, wie hoch der Wert von $ k_ \ mathrm B $ ist. Sie erinnern sich nur an das Äquatio n und finde es mit einem Taschenrechner heraus. Schließlich kennt jeder die Avogadro-Nummer und die ideale Gaskonstante.

Die Sache mit dem Maulwurf ist, dass er die Chemie-Terminologie auf eine Weise vereinfacht, die nicht vermieden werden kann, wenn Sie über chemische Reaktionen sprechen möchten.

Ein Mol ist eine Zählung der Dinge , die an einer Reaktion beteiligt sind, nicht unbedingt eine Zählung der beteiligten Atome . Ein Mol Sauerstoffgas enthält also zwei Mol Sauerstoffatome. Ein Mol eines Proteins enthält Hunderte von Mol Aminosäure und eine Menge Mol Atome. Wenn wir darüber nachdenken, müssen wir uns normalerweise nicht um die Anzahl der Einheiten der Sache kümmern, über die wir diskutieren.

Wenn wir nicht die Idee des Maulwurfs hätten, müssten wir jedes Mal, wenn wir über chemische Einheiten oder chemische Reaktionen sprachen, viel längere Beschreibungen verwenden, um klar zu sein, was wir tatsächlich gezählt haben. Ein Mol Kohlenstoffatome wäre als 602 Zetta-Kohlenstoffatome beschrieben worden: Ein Mol Kohlenstoff ist kürzer. Alles hätte seinen eigenen Namen. Und wir müssten viele Exa- und Zetta-SI-Präfixe verwenden, die bei Berechnungen unangenehm werden könnten.

Der Wert des Maulwurfs spielt die meiste Zeit keine Rolle, wenn wir über Reaktionen nachdenken: nur das Verhältnis. Dass es sich um eine sehr große Zahl handelt, ist größtenteils unwichtig, und die Berechnungschemiker verwenden meistens molare -Verhältnisse , bei denen sie nur die Atom- oder Molekülmasse für die Komponenten in der Reaktion berechnen müssen. Das Einbeziehen der tatsächlichen Größe des Maulwurfs in diese Berechnungen würde sehr große und unnötige Zahlen einführen, die sich in der kleinen Anzahl von Berechnungen aufheben würden, in denen niemand einen Fehler gemacht hat, und in allen anderen, in denen die Leute von allen verwirrt wurden, völlig falsche Antworten geben würden die zusätzlichen Präfixe oder Ziffern.

Die tatsächliche Größe des Maulwurfs ist etwas willkürlich, hat jedoch den Vorteil, dass die Art der Skalenchemie häufig angewendet wird. Ein Mol Wasser ist ~ 18 g oder ungefähr 18 ml Wasser. Mit dieser Skala können Sie auf Ihrer Tischplatte reagieren. Und Sie müssen nicht die Konstante von Avogadro zählen oder sich daran erinnern, um dies zu tun, oder eine der damit verbundenen Berechnungen. 6,02 * 10 23 Wassermoleküle sind eine viel weniger bequeme Einheit. Ich könnte glücklich darüber sprechen, ein Mol Wasser vollständig zu elektrolysieren, um ein Mol Wasserstoff und ein halbes Mol Sauerstoff zu erzeugen, ohne Avogadro zu erwähnen, keine SI-Einheiten mit großer Anzahl.

PS Der Maulwurf ist für einige Objekte, die nicht auf atomarer Ebene liegen, wirklich ungünstig groß. Ein Maulwurf von Maulwürfen (das pelzige grabende Säugetier) würde eine Kugel ungefähr so ​​groß wie der Mond bilden.

Maulwürfe sind einfach ein eingebauter Umrechnungsfaktor, der uns davon abhält, entweder Amus als makroskopische Masseneinheit oder Gramm oder kg als mikroskopische Masseneinheit zu verwenden.

Der grundlegende Vorteil besteht also darin, dass Sie die Avogadro-Zahl verwenden müssen, wenn Sie die Gramm-Masse von $ 10 ^ {24} $ Sauerstoffmolekülen in Standardeinheiten ermitteln möchten.

Gramm waren bereits in unseren Einheiten Kraft, Energie, Druck, Volumen und gerade Länge verankert (ein Meter entspricht der Kubikwurzel des Volumens von 10 ^ 6 $ Gramm Wasser bei welchen 298.000?). Sie können einen Meter, Joule, Newton, Sekunde oder K aus einem Gramm Wasser im Gravitationsfeld der Erde ableiten. Maulwürfe sind kein grundlegendes Konzept in der Chemie, sie sind ein praktisches Konzept, aber die Fähigkeit, sich zwischen nicht konformen Einheitenbasen zu bewegen, ist grundlegend, solange wir in einem Universum leben, in dem nicht jede Materieskala eine genaue Zehnerpotenz ist der Letzte.

In der Chemie ist das Amu übrigens praktisch / praktisch nahe daran, die "Quanten" -Masseneinheit zu sein. Wir verwenden entweder die grundlegende Quanteneinheit der Masse in der Chemie, wenn wir Moleküle beschreiben, und verzichten auf unsere Einheiten Kraft, Energie, Kraft, Druck, Volumen und Länge, oder wir ignorieren das chemische Massenquantum oder wir finden einen Weg, uns davon zu entfernen eins zum anderen.

Ich bin Chemiker und versuche immer noch zu verstehen, warum SI-Präfixe von Chemikern nicht verwendet werden.

Ich kenne alle SI-Präfixe, aber selbst wenn ich nicht vertraut wäre, würde ich es vorziehen Um ein Paar universeller Präfixe zu lernen, anstatt sich mit dem Maulwurf und all den Problemen, Inkonsistenzen und Kopfschmerzen zu befassen, die es uns bringt:

1. Ich muss die SI-Präfixe gleich lernen. Das heißt, Der Mol ist redundant.
2. Ich muss zwei Molkonzepte lernen: den chemischen Mol und den thermodynamischen Mol [1].
3. Ich muss drei Definitionen des Mols im SI lernen. Die ursprüngliche Definition in der SI (1971), die geänderte Definition (1980) und die neue Definition, die für die künftige SI vorgeschlagen wurde [2]. Ich muss die Unterschiede lernen und überprüfen, welche in einer bestimmten Referenz verwendet wird. Zum Beispiel gibt die Definition von Mol in der aktuellen SI eine Unsicherheit für die Avogadro-Konstante, der Vorschlag für die neue SI legt einen genauen Wert für diese Konstante fest und verschiebt die Unsicherheit auf $ M (^ {12} C) $.
4. Dann muss ich mich mit "Korrekturfaktoren" befassen, um die Inkompatibilität zwischen den Neudefinitionen von Mol und Kilogramm zu kompensieren [3].
5. Ich muss einen abstrusen Namen für die physikalische Größe lernen, die angeblich ist gemessen in Mol "Menge der Substanz", als ob Amol der Elektronen eine Substanz ist. Und dann muss ich mich mit den Vorschlägen befassen, diese physikalische Größe in "chemische Menge", "stöchiometrische Menge" oder "Enplethie" zu ändern [2].
6. Ich muss mich mit der ontologischen Verwechslung zwischen Zählen und beschäftigen Messung [4].
7. Ich muss mich mit redundanten Gleichungen wie $ pV = nRT $ und $ pV = Nk_BT $ befassen.
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REFERENZEN stark>

[1] Fehler des globalen Messsystems. Teil 1: Der Fall der Chemie. Gary Price. Accred Qual Assur (2010) 15: 421–427.

[2] Was ist ein Maulwurf? Alte und neue Konzepte. Jack Lorimer. In CHEMISTRY International Januar-Februar 2010.

[3] Kommentare zu jüngsten Vorschlägen zur Neudefinition von Maulwurf und Kilogramm. B. P. Leonard. Metrologia 47 (2010) L5 - L8.

[4] Der Maulwurf ist keine gewöhnliche Maßeinheit. Ingvar JohanssonAccred Qual Assur (2011) 16: 467–470.

BEARBEITEN

Ich möchte die Wörter hinzufügen, die ein Synthesechemiker in einem Brief an geschrieben hat C&EN:

Theoretisch können wir auf den Maulwurf verzichten ( C&EN, 4. August, Seite 32). Mol, Molarität und Molalität wurden als bequeme Mittel zur Darstellung relativer Mengen und Konzentrationen von Substanzen verwendet, wenn wir die tatsächliche Masse von Atomen und Molekülen nicht kannten - als die Existenz von Atomen und Molekülen umstritten war.

Jetzt wissen wir, was es uns ermöglicht hat, die Zahl $ 6.022 × 10 ^ {23} $ zu finden, zu geben oder zu nehmen, und wir müssen es den Schülern erklären - die sich fragen, warum jemand eine solche angeben würde lächerliche Zahl - dass es nicht gewählt wurde, sondern experimentell abgeleitet ist. Nachdem wir die tatsächliche Masse der Atome, Ionen und Moleküle kennen, können wir die tatsächliche Anzahl der Entitäten direkt beschreiben - zum Beispiel eine Säure als $ 1,5 \; \ mathrm {YH ^ {+}} $ pro Liter ($ \ mathrm {Y} = \ mathrm {yotta} = 10 ^ {24} $), was ungefähr 2,5 $ entspricht \; \ mathrm {mol \, H ^ {+} / L} $. Wir könnten uns von einem unnötigen und für Anfänger verwirrenden Konzept befreien, aber das wird natürlich nie passieren.

Ich stimme seinem Standpunkt zu, außer vielleicht seinem "es wird niemals passieren". Die Zeit wird es sagen.