De Mol werd in 1971 onderdeel van het International System of Units (de SI). Momenteel wordt het gedefinieerd als de hoeveelheid stof die evenveel entiteiten bevat als er in 0,012 kg koolstof-12. Maar de noodzaak om de kilogram te herdefiniëren wordt al tientallen jaren besproken-niet in de laatste plaats vanwege de instabiliteit op lange termijn van ‘Le Grand K’, het artefact dat de kilogram definieert. Na het succes van de definitie van de meter in 1983, die gebaseerd is op de snelheid van het licht in vacuüm, besloot het Internationaal Comité voor gewichten en maten (CIPM) dat dit ook een geschikt moment is om de definities van alle si-basiseenheden te herzien in termen van de meest stabiele dingen die wetenschappers kennen: fysische constanten.

de Avogadro-constante wordt gebruikt om de Mol te definiëren. Sinds Jean Perrin in 1926 de Nobelprijs kreeg voor het bepalen van de geschatte waarde ervan, is de vooruitgang bij het bepalen van de Avogadro-constante enorm geweest. Vandaag de dag komt de beste schatting van de Avogadro-constante uit de constante bepalingen van Planck van de Canadese Nationale Onderzoeksraad: 6.022140772×1023 met de onzekerheid van negen delen in 109. Deze opmerkelijke precisie stelt ons nu in staat om de definitie van de Mol te herschrijven in de meest absolute termen mogelijk. In feite zal de Mol de enige SI-basiseenheid worden die onafhankelijk van andere eenheden wordt gedefinieerd.

de huidige definitie van de Mol impliceert dat de hoeveelheid van een stof het best wordt bepaald door het meten van de massa. Hoewel dit werkt voor de meeste metingen van chemische hoeveelheden, volgt hieruit niet dat de definitie van de mol moet worden gekoppeld aan de definitie van de kilogram. Bovendien hebben studies aangetoond dat de hoeveelheid stof vaak (onjuist) wordt geïdentificeerd met massa. De huidige definitie verduistert ook het nut van de Mol, en de meeste scheikundeboeken zien mol al als een hoeveelheid van een stof die een Avogadro aantal entiteiten bevat. Daarom luidt de voorgestelde nieuwe definitie als volgt: “een mol bevat precies 6.02214076×1023 elementaire entiteiten.’Dit heeft het voordeel van eenvoud. Peter Atkins schreef voor de International Union of Pure and Applied Chemistry (Iupac) en merkte treffend op: “de nieuwe definitie snijdt tot de kern van de Betekenis van één mol, en is daarom toe te juichen.’

tegenargumenten

toch heeft deze definitie lang geduurd voordat ze bij elkaar kwam. Rond 2005 begonnen serieuze discussies over een herdefiniëring van de Mol, en het duurde ongeveer tien jaar om een consensus te bereiken. Onnodig te zeggen, niet iedereen houdt van de nieuwe definitie – en sommige prominente stemmen hebben zelfs aangevoerd dat de mol moet worden verwijderd uit de SI helemaal.

rond 2010 waren de discussies gericht op het fundamentele anker voor de mol: moet de molaire massa van koolstof-12 het bepalende kenmerk blijven, of moet het de Avogadro-constante zijn? Men moet er rekening mee dat pegging mol aan de Avogadro constante is niet het enige alternatief – andere exotische manieren om Mol te definiëren zijn opgemerkt. Een interessante (en misschien minst nuttige) definitie zou kunnen zijn: “De Mol is de hoeveelheid stof van een systeem dat evenveel elementaire entiteiten bevat als er atomen zijn in een monster van kalium-40 dat een activiteit heeft van 10599044s–1.”In de geest van bovenstaande definitie gebruikten Bertram Boltwood en Ernest Rutherford in 1911 op radioactiviteit gebaseerde methoden om het Avogadro-getal te bepalen.

andere problemen zijn naar voren gebracht. Als een mol van een stof wordt gedefinieerd als de hoeveelheid met een bepaald aantal entiteiten, is het voor velen duidelijk dat dit getal slechts een geheel getal kan zijn. Om de duidelijkheid van de definitie verder te maximaliseren, moeten we dus expliciete gehele getallen gebruiken (met alle getallen uitgeschreven). Dit is onpraktisch voor het Avogadro-getal, en daarom hebben sommigen een zeer aantrekkelijk alternatief voorgesteld: 844468853 (op een grover niveau van nauwkeurigheid zou men kunnen genieten van de ‘binaire’ mol: NA ≈ 279 mol–1).

een van de interessantste argumenten tegen de nieuwe definitie is dat de molaire massa van koolstof-12 niet langer precies 12 g/mol zal zijn. Het zal voor veel chemici een verrassing zijn om te horen dat dit in feite helemaal geen verandering is. In 1980 werd de vorige definitie verduidelijkt om alleen te verwijzen naar ongebonden atomen; het vormen van chemische bindingen vermindert de totale massa iets, wat betekent dat 12 g zuivere koolstof-12 in het laboratorium iets meer dan één mol koolstofatomen bevat. In dit verband is de nieuwe definitie van de Mol fundamenteler dan de huidige definitie.

herdenken van eenheden

weerstand tegen de Avogadro-gebaseerde definitie van de Mol is grotendeels te wijten aan de overtuiging dat de Avogadro-constante geen universele constante van de fysica is, en dat de numerieke waarde ervan geen specifieke fysische betekenis heeft. Hoewel sommige constanten inderdaad fundamenteler zijn dan andere, moet men ‘fundamenteel zijn’ niet combineren met ‘niet nuttig zijn’; uiteindelijk weerspiegelen veel van de beslissingen over de eenheden keuzes gemaakt uit praktische overwegingen. Vandaag hebben we zowel Boltzmann als Avogadro constanten omdat thermometers voor ons begrip van thermodynamica of statistische mechanica kwamen, en omdat chemici in staat waren om de hoeveelheden chemische stoffen te vergelijken voordat ze het werkelijke aantal betrokken atomen kenden. De SI is niet alleen te wijten aan logische noodzaak.

net als bij veel andere nieuwe SI – definities zal deze nieuwe mol geen invloed hebben op de dagelijkse metingen, maar wel op ons dagelijks begrip van de meeteenheden.Juris Meija is voorzitter van de IUPAC commission on isotopic abundances and atomic weights