摩尔质量(英文名:molar 质量 )是单位物质的量(每摩尔)的物质所具有的质量,符号为M,常用单位是克每摩尔g·mol -1 ,国际制单位为千克每摩尔 千克 mol -1 。摩尔质量以g/mol为单位时,在数值上等于相对质量(相对原子质量或相对分子质量),但摩尔质量是有量纲的,而相对质量是无量纲数。
19世纪 德国 物理化学家 威廉·奥斯特瓦尔德 (W.Ostwald)首次提出“摩尔”这一概念。1961年,IUPAC正式通过用 12 C作为标准,把它的 原子 量定为12,并以此为出发点,给出了其他原子“ 相对原子质量 ”的数值。1971年,国际 度量衡 总会(CGPM)正式引入了SI基本单位摩尔(mol),定义摩尔为物质的量的单位,采用1mol原子、分子或者离子的数量等于0.012kg的 12 C中的 原子数 。而表示单位物质的量的质量,称为摩尔质量。
摩尔质量在计量 、 分析化学 、工业生产、 生物医学 等领域都有至关重要的作用。计量化学中,通过摩尔质量可以计算物质的质量、 数和体积之间的关系,同时知道反应物和产物的 质量,可以根据 化学方程式 计算出反应物和产物之间的摩尔比例,指导实验进行; 分析化学中可以使用摩尔质量来确定分子的 ; 在工业生产领域,可以根据高分子添加剂的摩尔质量对各性能的影响,控制产品质量和优化生产过程; 在 生物医学 领域中,通过控制 蛋白质 等 生物大分子 的摩尔质量,进而控制和优化药效和生物可利用性,指导合成和制备 生物材料 。
定义
有关物质的量的计算使用 摩尔 质量的概念, 质量是一种 而不是一种单位制,它的定义是单位物质的量(每摩尔)的物质所具有的质量,即以质量除以物质的量,通常以符号M表示,常用单位是克每摩尔(g·mol -1 ),国际制单位为千克每摩尔( mol -1 ),定义公式为:
其中m是物质的质量,单位g或者kg,n是物质的量,单位 摩尔 。
摩尔,符号 ,是物质的量的 国际单位制 单位,而不是质量单位,一摩尔恰好包含6.02214076×10 23 个 原子 或分子。这个数是 阿伏伽德罗 N A 的固定数值,用单位 mol −1 表示,称为阿伏伽德罗数。把这个关系颠倒过来,就得到了一 用常数N A 表示的精确表达式:
摩尔(mol)的国际单位定义中,1mol原子、分子或者离子的数量等于0.012kg的 12 C中的 原子数 。 12 C的 摩尔质量 M( 12 C)固定为0.012kg/ 摩尔 ,但根据2019年SI最新的定义,M( 12 C)不再是精确的0.012kg/mol,必须通过实验来确定,0.012kg/mol具有4.5×10 −10 的相对标准不确定度。
简史
1792年,当时 德国 数学家兼化学家 里希特 (J.B. Richter ,1762-1807年)引入了“ 化学计量学 "的原理,将化学反应或化学反应过程解释为 原子 和分子之间的联系,就产生了今天所称的“ 摩尔 ”和“ 阿伏伽德罗 常数 ”的概念,包括 “元素的原子彼此之间并无差异,它们必须具有一定的原子质量和体积”的概念和阿伏伽德罗定律。德国物理化学家 威廉·奥斯特瓦尔德 (W.Ostwald,1853-1932年)在1893年《物理化学测量手册和辅助书》中写道:“让我们将以克为单位的重量,在数值上与指定物质的分子量相同,称为1摩尔”。首次提出“摩尔”概念。1905年, 阿尔伯特·爱因斯坦 (A. Einstein ,1879-1955年)推导出了第一个 阿伏伽德罗 数值。之后,科学界就形成了对 摩尔 的两种不同认知。
德国 化学 家斯蒂尔(U.Stille,1910-1976年)第一次使用一个概念中的两个含义来处理“摩尔”一词:一方面“摩尔”被当作一个化学质量单位,将 相对原子质量 (A r )与单位克(g)联系起来:1摩尔 A r ·g;另一方面, 摩尔 被视为“ 摩尔数 ”,符号为n,是一个 粒子数 ,无量纲。1959年,在 慕尼黑 召开的 国际纯粹与应用化学联合会 (IUPAC)上决定采用德国著名质谱学家马陶赫(J.Mattauch,1895-1976年)的建议,以碳同位素 12 C的相对原子质量12.0000为基准,并提交国际纯粹与应用物理联合会(IUPAP)考虑。1960年,IUPAP接受这一建议。1961年,IUPAC正式通过新标准,决定改用 12 C作为标准,把它的 原子 量定为12,并以此为出发点,给出了其他原子“ 相对原子质量 ”的数值。1971年,“ 摩尔 ”在第十四届国际计量大会上被纳入SI单位系统,正式确定“物质的量”(符号n)为第七个基本量,“摩尔”(符号 mol )为物质的量的单位,采用0.012kg的 12 C中的 原子数 等于1mol原子、分子或者离子的数量。而 表征 单位物质的量的质量,称为 摩尔质量 M。
相关计算
一般定义计算
物质摩尔质量根据定义计算公式如下:
其中,M为化合物的摩尔质量,单位为g·mol −1 ;m为化合物质量,单位为g;n为化合物物质的量,单位为mol。此公式可以用来计算任何物质的摩尔质量。
气体摩尔质量计算
对气体而言,可从理想气态 状态方程 转化,得出 摩尔质量 的公式如下:
其中,R是 理想气体 常数 8.31J·K −1 · mol −1 ;T是 ,单位为K;P是气压,单位为Pa;V是气体体积,单位为m 3 ;ρ是气体密度 千克 m −3 。
其他计算
测定
尽管在实践中通常是根据 原子 质量计算摩尔质量,但在某些情况下摩尔质量也可以进行测量。然而,与现代质谱测量的原子质量和分子质量相比,这种测量的精确度要低得多。
酸碱滴定法
酸碱滴定法可以测定 有机酸 的 摩尔质量 。大部分有机酸都是固定 弱酸 ,如果多元有机酸能溶于水,且它的逐级 解离常数 均符合准确 滴定 的要求,Ka 10 -8 ,则可以在 水溶液 中用碱 标准溶液 准确滴定有机酸中的氢,测得其含量。可称取一定量的试样,溶于水后用 氢氧化钠 标准溶液滴定。滴定产物是 弱碱 ,选用 phenolphthalein 作为 指示剂 ,滴定至微红色为终点。根据NaOH标准溶液浓度,滴定时消耗的体积及 有机酸 的元数,即可计算有机酸的含量及有机酸的 摩尔质量 。有机酸 HaA 和NaOH反应方程式为:
推导出 有机酸 的摩尔质量为:
式中,n是 滴定 反应的 化学 计量数比,n值需为已知;c NaOH 为NaOH标准液的浓度, 摩尔 L -1 ;V NaOH 为滴定所消耗NaOH标准液的体积,ml; 为称取 有机酸 的质量,g 。
凝固点降低法
凝固点降低法可以测定 溶质 的 摩尔质量 。该测定方法是基于稀溶液凝固点相对于纯 溶剂 的凝固点降低值与溶液的质量 摩尔 浓度成正比这一原理。
式中,ΔT f 为凝固点降低值,K;K f 为凝固点降低 常数 ,K·kg·mol -1 ;X B 为溶液质量摩尔浓度, 摩尔 /kg。
溶液的质量摩尔浓度可以用溶质的摩尔质量表示,于是可以得到摩尔质量的计算式:
式中:M B 为 溶质 的 摩尔质量 ;m A 、m B 分别为 溶剂 和溶质的质量;ΔT f 为凝固点降低值。
应用
在 化学 领域中,摩尔质量在 化学 计量和 化学方程式 平衡的计算中非常重要。它可以用来计算物质的质量、 摩尔 数和体积之间的关系,并且可以被用作计算摩尔比、摩尔浓度和摩尔百分比等化学计算中的重要参数。知道了反应物和产物的 质量,可以根据它们的化学方程式计算出它们之间的摩尔比例,以便在实验室中进行反应。在 分析化学 中,摩尔质量可以用来确定分子的 化学式 。如果已知分子的质量和元素组成,可以计算出分子中每个 原子 的数量,并进而确定化学式。摩尔质量还可以用于计算气体的密度,这对于研究气体的物理和 化学性质 非常重要,例如,空气的平均摩尔质量大约为29 g/mol。
在工业生产领域,比如石油工业中, 有机高分子化合物 添加剂的摩尔质量影响其相应 表面张力 、流变性、乳液指数等性能,对于控制产品质量和优化生产过程具有重要指导。
在 和医学领域中, 蛋白质 等 生物大分子 的摩尔质量影响其这可能会影响其药效和生物可利用性,是研究和指导合成和制备 生物材料 的重要参数之一。
在 材料科学 领域中, 复合材料 不同的摩尔质量比例对力学和热性能都有影响,可以通过最佳摩尔质量比确认最好的复合材料比例,对于优化材料性能和制造工艺具有重要意义。
相关理论
摩尔质量与相对原子质量,相对分子质量
区别: 摩尔质量 是由物质质量除以物质的量得到的,单位是g·mol -1 ;物质的相对 原子 质量或相对分子质量,是以 12 C原子质量的1/12为标准,其他原子或分子的质量与它相比较而得到的。摩尔质量有单位,而其他三个数量都是 无量纲量 ,没有单位。
联系:摩尔质量以g·mol -1 为单位时,在数值上等于该物质的相对原子质量或相对分子质量。