モルの新しい定義

出典:王立化学協会

モルは1971年に国際単位系(SI)の一部となった。 現在、それは0.012kgの炭素12に存在するのと同じくらい多くの実体を含む物質の量として定義されています。 しかし、キログラムを再定義する必要性は、キログラムを定義するアーティファクトである”ル–グランドK”の長期的な不安定性のために、何十年も議論されてきた。 真空中の光速に基づくメートルの1983年の定義の成功に続いて、国際度量衡委員会(CIPM)は、科学者に知られている最も安定したもの、すなわち物理定数の点ですべてのSI基本単位の定義を再キャストするための適切な時期であると判断した。

0318CW-Comment-モル球を保持するJuris Meija

Juris Meijaは、モルを定義するAvogardo定数(およびkgを定義するプランク定数)を決定するために使用される1kgのSi球のいずれかを保持しています

Source:©Olaf Rienitz,PTB

avogadro定数はモルを定義するために使用されます。 1926年にジャン-ペランがその近似値を決定したことでノーベル賞を受賞して以来、アボガドロ定数の決定の進歩は莫大なものであった。 今日、アボガドロ定数の最良の推定値は、カナダの国立研究評議会でのプランク定数の決定から来ています:6.022140772×1023と109の9つの部分の不確実性。 この驚くべき精度は、可能な限り最も絶対的な用語でモルの定義を書き換えることを可能にします。 実際には、モルは、他の単位とは独立して定義されている唯一のSIベース単位になります。モルの現在の定義は、物質の量が質量を測定することによって最もよく決定されることを意味する。

モルの現在の定義は、物質の量が質量を測定 これは化学量のほとんどの測定で機能しますが、モルの定義はキログラムの定義と結びついていなければならないということには従いません。 さらに、研究は、物質の量がしばしば(誤って)質量で同定されることを示している。 現在の定義はまた、モルの有用性を不明瞭にし、ほとんどの化学教科書はすでにモルをアボガドロ数の実体を含む物質の量と見なしている。 したがって、提案された新しい定義は、「1つのモルには正確に6.02214076×1023個の基本実体が含まれている」と述べています。”これは単純さの利点を持っています。 国際純粋応用化学連合(Iupac)のために書いたPeter Atkinsは、「新しい定義は1つのモルの意味の核心にカットされているため、その定義を誤解するための言い訳はもはやあり得ない」と適切に指摘した。’

カウンター引数

そうであっても、この定義は一緒に来るのに長い時間がかかりました。 モルの再定義に関する深刻な議論は2005年頃に始まり、合意に達するまでに約10年かかりました。 言うまでもなく、誰もが新しい定義を好むわけではありません–そして、いくつかの著名な声は、モルがSIから完全に取り除かれるべきであると主張

2010年頃、モルの基本的なアンカーに焦点を当てた議論が行われました:炭素12のモル質量は定義的な特徴のままであるべきか、それともアボガドロ定数 モルをアボガドロ定数に固定することは唯一の選択肢ではないことに注意する必要があります–モルを定義する他のエキゾチックな方法が注目されています。 興味深い(そしておそらく最も有用ではない)定義は次のようになります: モルは、カリウム-40のサンプル中に10599044s–1の活性を有する原子があるのと同じくらい多くの基本的な実体を含む系の物質の量である。’上記の定義の精神では、バートラムボルトウッドとアーネストラザフォードは1911年にアボガドロ数を決定するために放射能ベースの方法を使用しました。他の問題が強調されています。

物質の1モルが特定の数の実体を有する量として定義されている場合、この数は整数であることができることは多くの人にとって明らかである。 したがって、定義の明確さをさらに最大化するために、明示的な整数(すべての数値を書き出したもの)を使用する必要があります。 これはアボガドロ数にとっては実用的ではないため、844468853という非常に魅力的な代替案を提案している人もいます(正確なレベルでは、NA≥279mol–1の「2進」モルを楽しむかもしれません)。新しい定義に対する最も興味深い議論の1つは、炭素12のモル質量がもはや正確には12g/molではないということです。

実際には、これはまったく変化ではないことを学ぶことは、多くの化学者にとって驚きとなるでしょう。 1980年には、以前の定義は未結合原子のみを指すことが明らかにされ、化学結合を形成すると総質量がわずかに減少し、実験室では12gの純粋な炭素12がわずかに複数の炭素原子を含むことを意味する。 この文脈では、モルの新しい定義は現在の定義よりも基本的です。

Rethinking units

モルのアボガドロベースの定義に対する抵抗は、アボガドロ定数が物理学の普遍的な定数ではなく、その数値には特に物理的な意味がないという信念によるものである。 いくつかの定数は実際には他の定数よりも基本的ですが、”基本的である”と”有用ではない”を混同してはいけません。 今日、私たちはボルツマン定数とアボガドロ定数の両方を持っています。なぜなら、温度計は熱力学や統計力学を理解する前に来ており、化学者は実際の原子数を知る前に化学物質の量を比較することができたからです。 SIは論理的な必要性だけではありません。

他の多くの新しいSI定義と同様に、この新しいモルは日常の測定には影響しませんが、測定単位の日常的な理解に影響を与える可能性があります。

Juris Meija isotopic abundances and atomic weightsに関するIupac委員会の議長である

モルを進化させる

モルは国際単位系の一部であり、度量衡総会(CGPM)の決定によってのみ変更 しかし、実際には、モルの定義は、CCQM、CCU、およびIUPACの様々なタスクグループ間の緊密な協力を通じて、過去十年間に浮上し、そのすべてが無数の科学者からの公 この文書では、定義の進行を見ることができます(Juris Meijaによる注釈付き)。

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