Константа молярной массы

Физическая константа, определяемая как соотношение молярной массы и относительной массы.

Константа молярной массы , обычно обозначаемая M _u , представляет собой физическую константу , определяемую как одну двенадцатую молярной массы углерода -12 : M _u = M ( ¹² C)/12. ^[1] Молярная масса любого элемента или соединения равна его относительной атомной массе (атомному весу), умноженной на константу молярной массы.

Моль и относительная атомная масса изначально были определены в Международной системе единиц (СИ) таким образом, что константа была точно равна1  г / моль . То есть численное значение молярной массы элемента в граммах на моль атомов равнялось его атомной массе относительно константы атомной массы m _u . Так, например , средняя атомная масса хлора составляет примерно35,446 дальтон , что составляет массу одного моля атомов хлора примерно35,446 грамм .

20 мая 2019 года определение моля в системе SI изменилось таким образом, что постоянная молярной массы остается почти, но уже не точной.1 г/моль . Однако для всех практических целей разница незначительна. Согласно СИ, значение Му теперь зависит от массы одного атома углерода-12, которую необходимо определить экспериментально _. На эту дату рекомендованное CODATA 2018 значение Mu _{составляет}0,999 999 999 65 (30) × 10 ^-3  кг⋅моль ^-1 . ^{[2] [3]}

Константа молярной массы важна для написания размерно правильных уравнений. ^[4] Хотя неофициально можно сказать, что «молярная масса элемента M равна его атомному весу A », атомный вес (относительная атомная масса) A является безразмерной величиной, тогда как молярная масса M имеет единицы массы. на моль. Формально M — это A, умноженное на константу молярной массы M _u .

До переопределения 2019 г.

Константа молярной массы была необычной (но не уникальной) среди физических констант, поскольку имела точно определенное значение, а не измерялась экспериментально. Согласно старому определению моля ^[5] , молярная масса углерода 12 составляла ровно 12 г/моль. Из определения относительной атомной массы ^[6] относительная атомная масса углерода 12, то есть атомная масса образца чистого углерода 12, равна точно 12. Таким образом, константа молярной массы определялась выражением

${\displaystyle M_{\text{u}}={{\text{molar mass }}[M(^{12}\mathrm {C} )] \over {\text{relative atomic weight }}[A_{\text{r}}(^{12}\mathrm {C} )]}={{12\ {\rm {g/mol}}} \over 12}=1\ {\rm {g/mol}}}$

Константа молярной массы связана с массой атома углерода-12 в граммах:

${\displaystyle m({}^{12}{\text{C}})={\frac {12\times M_{\text{u}}}{N_{\text{A}}}}}$

Поскольку константа Авогадро является фиксированной величиной, масса атома углерода-12 зависит от точности и точности константы молярной массы.

( Скорость света — еще один пример физической константы, значение которой зафиксировано определениями Международной системы единиц (СИ).) ^[7]

Переопределение после 2019 года

Поскольку новое определение базовых единиц СИ в 2019 году дало константе Авогадро точное числовое значение, значение константы молярной массы больше не является точным, и в будущих экспериментах его точность будет повышаться.

Одним из последствий этого изменения является то, что ранее установленная связь между массой атома ¹² C, дальтоном , килограммом и числом Авогадро больше не является строго допустимой. Что-то из следующего пришлось изменить:

• Масса атома ¹² С равна ровно 12 дальтон.
• Количество дальтонов в грамме в точности равно численному значению числа Авогадро: т.е. 1 г/Да = 1 моль ⋅ N _A .

Формулировка 9-й брошюры SI ^{[Примечание 1]} подразумевает, что первое утверждение остается в силе, а это означает, что второе уже не совсем верно. Константа молярной массы все еще очень близка к1 г/моль , но уже не совсем равен ему. В приложении 2 к 9-й брошюре СИ указано, что «молярная масса углерода 12, М ( ¹² С), равна0,012 кг⋅моль ^-1 в пределах относительной стандартной неопределенности, равной рекомендуемому значению N _A h на момент принятия настоящей Резолюции, а именно4,5 × 10 ^-10 , и что в будущем его значение будет определено экспериментально», ^{[8] [9]} в котором нет ссылки на дальтон и согласуется с обоими утверждениями.

Смотрите также

• Далтон

Примечания

1. В сноске к Таблице 8, посвященной единицам измерения, отличным от системы СИ, говорится: «Дальтон (Да) и единая атомная единица массы (u) являются альтернативными названиями (и символами) одной и той же единицы, равной 1/12 массы свободный атом углерода 12 в покое и в основном состоянии».

Рекомендации

1. Барри Н. Тейлор (2009). «Молярная масса и связанные с ней количества в Новой системе СИ». Метрология . 46 .
2. «Значение CODATA 2018: константа молярной массы» . Справочник NIST по константам, единицам измерения и неопределенности . НИСТ . 20 мая 2019 года . Проверено 20 мая 2019 г.
3. Мор, Питер Дж.; Тейлор, Барри Н. (2005). «Рекомендуемые CODATA значения фундаментальных физических констант: 2002». Преподобный Мод. Физ. 77 (1): 1–107. arXiv : 1507.07956 . Бибкод :2005РвМП...77....1М. doi : 10.1103/RevModPhys.77.1.
4. де Бьевр, Поль; Пейзер, Х. Штеффен (1992). «Атомный вес - название, его история, определение и единицы измерения» (PDF) . Чистая и прикладная химия . 64 (10): 1535–43. дои : 10.1351/pac199264101535.
5. Международное бюро мер и весов (2006), Международная система единиц (СИ) (PDF) (8-е изд.), стр. 114–15, ISBN. 92-822-2213-6, заархивировано (PDF) из оригинала 04 июня 2021 г. , получено 16 декабря 2021 г.
6. ИЮПАК , Сборник химической терминологии , 2-е изд. («Золотая книга») (1997). Исправленная онлайн-версия: (2006–) «Относительная атомная масса (атомный вес)». дои :10.1351/goldbook.R05258
7. Пенроуз, р (2004). Дорога к реальности: Полное руководство по законам Вселенной . Винтажные книги. стр. 410, 411. ISBN. 978-0-679-77631-4.«...самый точный эталон метра удобно определить так, что на расстояние, проходимое светом за стандартную секунду, приходится ровно 299 792 458, что дает значение метра, которое очень точно соответствует ныне недостаточно точному стандартному правилу метра. в Париже."
8. «Принятые решения» (PDF) . Международное бюро мер и весов . Ноябрь 2018 г. Архивировано из оригинала (PDF) 4 февраля 2020 г. Проверено 4 февраля 2020 г.
9. Навроцкий, Вальдемар (30 мая 2019 г.). Введение в квантовую метрологию: пересмотренная система СИ и квантовые стандарты. Спрингер. п. 54. ИСБН 978-3-030-19677-6.