mole blev en del av det internationella systemet för enheter (SI) 1971. För närvarande definieras det som mängden ämne som innehåller så många enheter som det finns i 0,012 kg kol-12. Men behovet av att omdefiniera kilogrammet har diskuterats i årtionden – inte minst på grund av den långsiktiga instabiliteten hos ’Le Grand K’, artefakten som definierar kilogrammet. Efter framgången med 1983 års definition av mätaren, som bygger på ljusets hastighet i vakuum, beslutade International Committee for Weights and Measures (CIPM) att detta också är en lämplig tid att omarbeta definitionerna av alla SI-basenheter i termer av de mest stabila saker som är kända för forskare: fysiska konstanter.

Avogadro-konstanten kommer att användas för att definiera molan. Sedan Jean Perrin fick Nobelpriset för att bestämma sitt ungefärliga värde 1926 har framstegen med att bestämma Avogadro-konstanten varit enorm. Idag kommer den bästa uppskattningen av Avogadro-konstanten från Planck constant-bestämningarna vid Kanadas nationella forskningsråd: 6.022140772 kub 1023 med osäkerheten om nio delar i 109. Denna anmärkningsvärda precision gör det nu möjligt för oss att skriva om definitionen av mullvaden i de mest absoluta termer som möjligt. Faktum är att molan blir den enda SI-basenheten som definieras oberoende av andra enheter.

den nuvarande definitionen av molan innebär att mängden av ett ämne bäst bestäms genom mätning av massa. Även om detta fungerar för de flesta mätningar av kemiska mängder följer det inte att definitionen av mol måste vara bunden med definitionen av kilogram. Dessutom har studier visat att mängden ämne ofta (felaktigt) identifieras med massa. Den nuvarande definitionen döljer också Molens användbarhet, och de flesta kemihandböcker ser redan mol som en mängd av ett ämne som innehåller ett Avogadro-antal enheter. Därför anges i den föreslagna nya definitionen att: ’en mol innehåller exakt 6.02214076 1023 elementära enheter. Detta har fördelen av enkelhet. Skriva för International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC), Peter Atkins lämpligt noterade att ’den nya definitionen skär till kärnan i innebörden av en mullvad, och är därför välkomnas det kan inte längre finnas någon ursäkt för missförstånd dess definition.’

motargument

ändå har denna definition tagit lång tid att komma ihop. Allvarliga diskussioner om en omdefiniering av mullvaden startade omkring 2005, och det tog ungefär ett decennium att nå enighet. Naturligtvis gillar inte alla den nya definitionen – och några framstående Röster har till och med hävdat att molan helt och hållet ska tas bort från SI.

runt 2010 var diskussionerna inriktade på det grundläggande ankaret för molan: borde den molära massan av kol-12 förbli den definierande funktionen, eller borde det vara Avogadro-konstanten? Man måste notera att pegging mol till Avogadro konstant är inte det enda alternativet – andra exotiska sätt att definiera mol har noterats. En intressant (och kanske minst användbar) definition kan vara: Molan är mängden substans i ett system som innehåller så många elementära enheter som det finns atomer i ett prov av kalium-40 som har en aktivitet på 10599044s–1. Bertram Boltwood och Ernest Rutherford använde radioaktivitetsbaserade metoder för att bestämma Avogadro-numret 1911 .

andra problem har lyfts fram. Om en mol av ett ämne definieras som den mängd som har ett visst antal enheter, är det klart för många att detta nummer bara kan vara ett heltal. För att ytterligare maximera tydligheten i definitionen bör vi därför använda uttryckliga heltal (med alla siffror skrivna ut). Detta är opraktiskt för Avogadro-numret, varför vissa har föreslagit ett mycket tilltalande alternativ: 844468853 (vid en hårdare noggrannhetsnivå kan man njuta av den ’binära’ mole: na 279 mol–1).

ett av de mest intressanta argumenten mot den nya definitionen är att den molära massan av kol-12 inte längre kommer att vara 12 g / mol exakt. Det kommer som en överraskning för många kemister att lära sig att det faktiskt inte är en förändring alls. 1980 klargjordes den tidigare definitionen för att endast hänvisa till obundna atomer; att bilda kemiska bindningar minskar den totala massan något, vilket betyder att 12 g rent kol-12 i laboratoriet innehåller något mer än en mol kolatomer. I detta sammanhang är den nya definitionen av mol mer grundläggande än den nuvarande definitionen.

Rethinking units

motstånd mot Avogadro-baserad definition av mol har till stor del bero på tron att Avogadro konstant inte är en universell konstant av fysik och att dess numeriska värde inte har någon särskild fysisk betydelse. Medan vissa konstanter verkligen är mer grundläggande än andra, bör man inte sammanfoga ’vara grundläggande’ med ’inte vara användbar’; i slutändan återspeglar många av besluten om enheterna val av praktiska överväganden. Idag har vi både Boltzmann och Avogadro konstanter eftersom termometrar kom före vår förståelse av termodynamik eller statistisk mekanik, och eftersom kemister kunde jämföra mängderna kemiska ämnen innan de kände till det faktiska antalet involverade atomer. SI är inte enbart ner till logisk nödvändighet.liksom med många andra nya si-definitioner kommer denna nya mol inte att påverka vardagliga mätningar – men det kommer sannolikt att påverka vår dagliga förståelse av mätenheterna.

Juris Meija är ordförande för IUPAC-kommissionen för isotopöverflöd och atomvikter