物质的量与质量是什么公式（物质的量质量它们可不是一个概念）

出品：科普中国

制作：陈星

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乍一听物质的量，还以为是和质量有什么关系，是不是？其实物质的量和质量没什么直接的联系。

物质的量是国际单位制中7个基本物理量之一，其符号为n，单位为摩尔(mol)，简称摩。物质的量是表示物质所含微粒数(N)（如：分子，原子等）与阿伏加德罗常数之比。

阿伏伽德罗常数的数值为0.012kg ¹²C（碳12）所含碳原子的个数，约为6.02×10²³。它是把一定数目的微观粒子与可称量的宏观物质联系起来的一种物理量。这个物理量和单位在日常生活中使用的不是很广泛，但是在化学实验中却很常见。这里的碳12指的是这种碳原子包含六个质子，六个中子。之所以用这种碳原子是因为它很常见，而且它所包含的中子数和质子数相等，便于测量。

“摩尔”是在1974年10月，第14届国际计量大会决定增加的国际单位制（SI）的第七个基本单位。摩尔应用于计算微粒的数量、物质的质量、气体的体积、溶液的浓度、反应过程的热量变化等。

摩尔来源于拉丁文moles，原意为大量、堆积。这个单位其实是对特定数量的称呼，好比我们平时使用“一打”来特指十二个，“摩尔”特指的是6.02×10²³个微粒的集合（这些微粒可以是原子，分子，离子等等）。国际上规定，1mol粒子集体所含的粒子数与0.012kg ¹²C（碳12）中所含的碳原子数相同，即1“摩尔”任何物质所包含的结构粒子的数目都等于0.012kg ¹²C（碳12)所包含的原子个数，约为6.0221367×10²³ 个结构粒子。

原子（图片来源于网络）

“摩尔”这个单位是连接微观和宏观的重要桥梁，它使化学实验的计量变得简单。因为在实验时，我们处理的都是宏观的物质，而实际化学反应却是发生在微观的，因此使用“摩尔”就可以很方便地把两者联系起来。

那么为什么要用6.0221367×10²³代表一摩尔，而不是1×10²³或者1×1024呢？这里面其实是有些历史渊源的。“摩尔”和“原子量”两个单位有着很密切的关系。我们下面先说一下原子量的概念。

原子量，也称原子质量或相对原子质量，符号ma，是某种原子的质量与碳-12原子质量的1/12（约1.66×10-27 kg）的比值，单位为1。这样定义就可以使得元素表中的第一个元素——“氢”的原子量为1。可以看出，“原子量”的出现是为了使科学家能够更加简单地来表示原子的质量，因为原子的质量很小，每次都用类似于1.66×10-27 kg这样的数值来表示很不方便。

有了“原子量”这个单位之后，就可以很方便地表示原子的质量了，但是如上所说，“原子量”这个单位很小，在实际的实验中使用不方便。为了把常用的质量单位“克”和“原子量”关联起来，化学家们逐渐发展出了“克原子量（gram atomic weight）”这个概念。

“克原子量”是一个质量单位，它表示的是一种特定的原子的质量在以“克”为单位时，数值恰好等于该原子的“原子量”。例如，碳12原子“克原子量”表示的就是一定质量的碳12，由于碳12原子的原子量是12，因此碳12的“克原子量”就是12“克”。里面一共包含大约6.0221367×10²³个碳12原子。再如，对于铁原子，它的“原子量”是56，因此铁的“克原子量”就是56“克”。

“克原子量”虽然使用起来很方便，但是有时化学实验中需要计量的并不是原子，而是分子或者离子。例如对于常见的氧分子，它是一个分子，包含两个氧原子，它的分子量是32，应该说它的“克分子量”是32“克”，而不应该说它的“克原子量”。

化学分子结构（图片来源于网络）

因此这样一来就会存在“克原子量”，“克分子量”和“克离子量”几种不同的表述，但是这几种表述又很相近，可能会造成实际应用上的混淆，正是因为这样，在上世纪70年代，科学家们决定用“摩尔”这个单位来表示 “克原子量”，“克分子量”或者其他的“克量”。

因此“摩尔”这个单位可以看成是某种形式的统一，它统指的是特定数值的物质的结构粒子（原子、分子或者离子）的集合恰好等于该物质的“克原子量”或者“克分子量”，这个特定数值就是阿伏伽德罗常数，目前最准确的值是6.022140857(74)×1023。

通过“摩尔”的定义其实可以发现，6.022×10²³这个数字其实并不常用，它的出现是因为某种物质的“克原子量”或者“克分子量”恰好是6.022×10²³个原子或者分子的集合。由于任何纯净物质的6.022×10²³个原子或者分子的集合都是该物质的“克原子量”或者“克分子量”，因此科学上把这个常数命名为阿伏伽德罗常数。

“摩尔”这个单位最重要的是1“摩尔”的某种物质（原子，分子，或者离子）的质量恰好等于以“克”为单位的该物质的原子量或者分子量。例如对于1“摩尔”的C2H6O（乙醇），它的分子量是46，那么它的质量大概就是46克，它大概包含6.022×10²³个乙醇分子。

有了“摩尔”这个单位，就可以很方便地表示原子，分子或者离子的数量了，因为1“摩尔”的任何纯净物都包含有大约6.022×10²³个该物质的结构粒子（原子，分子，或者离子，视具体的研究对象而定）。

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