國家標準物質研究中心  陳大舟

　　在現實生活中，為了方便地表示數量很多的物體，人們可以使用不同單位來（lái）描述。例如在商店裏，香煙是以“盒”來計算的，二十支為一盒。古時候人們把一（yī）千（qiān）個（gè）銅錢用繩子串（chuàn）起來叫“貫”，當錢數比較（jiào）多時就用“貫”來計算。

　　在天文學中表示恒星間的距離時，通常用“光年”來表示距離。因為在（zài）宇宙空間，恒星間的距離太遙遠了，即使以每秒30萬公裏的光速至少也要花上千年（nián）才能到（dào）達。如果（guǒ）用“米”或（huò）“公裏”，顯然很不方便。

　　對於微觀世界的原子、分子等粒子，我們當然無法一（yī）個一個（gè）地數，更不可能稱（chēng）出單（dān）個原子的重量。因為原子實在（zài）太小了，假設把（bǎ）一萬億（yì）個碳原子（zǐ）放（fàng）在一起，也隻有1.2皮克(pg)，用世界上最準確的天平（píng）也（yě）稱不出來。為了（le）深（shēn）入研究分子間的反應機理，又需（xū）要測定和計算反應前後分子的數量，怎樣才能比（bǐ）較方便（biàn）地表示它們的個數呢？

　　意大利科學家阿伏伽德羅早在1811年就提出，在相同條件下（xià），相同體積的氣體含有同樣數量的分子。這一（yī）論點後來（lái）被證明在早期的原子量和分子量測定（dìng）中（zhōng）非常有用，並且因此引出了“摩（mó）爾”這個概念。為了方便地表示（shì）數量非常巨大的微觀粒（lì）子，科學家在分子水平上研究物質的物理化學性質時，就開始使用摩爾這個單位。一（yī）摩爾氧氣在標準狀態下的體積（jī）接近22.4升，重36克。用摩爾為單位來計算化學反應的分子數量非常（cháng）方便，單個原子不能稱量，而（ér）一摩爾原子就可以很（hěn）容易地用普通天平（píng）稱量出來。

　　盡管科學家們很早就開始使（shǐ）用“摩爾”，但是對這個單位的認識卻有所不同，直到1971年第十四屆國際（jì）計（jì）量大會(CGPM)才正式（shì）決（jué）定將摩爾(mole)列為國際（jì）單位製(SI)中七個基本單位之一，並對摩爾明確地給予了如下定義（yì）:“摩爾是一係統的物質的量(amount of substance)，該係統中所包（bāo）含的基本單元數與0.012千克碳-12的原子數目相等。使（shǐ）用摩爾時，基本（běn）單元應予指明，可以（yǐ）是原子、分子、離子、電子及其它粒子，或是這些粒子的特定組合（hé）。”

　　這個定義直接（jiē）從（cóng）翻譯文（wén）字（zì）上看比（bǐ）較抽象，我們可以理解為:摩爾是表示在一個特定體係中（zhōng）某類微觀粒子(原子、分子等)數量的一種單位（wèi），一摩爾微觀粒子在數量上等於12克¹²C(碳-12，碳的（de）一種同位素)所含有的原子數目。

　　應該（gāi）強（qiáng）調指出的是，摩（mó）爾不是表示質（zhì）量（liàng）的單位，而是（shì）表示物質所含有的某類微觀粒子數量的單位。摩爾這個單位中包含（hán）了一個非常（cháng）巨大（dà）的（de）數字，12克¹²C的原子有多少呢？經實驗測定大約是6.022×1023個，這個數字也被稱為阿伏伽德羅常數。例如，一摩爾氧分子實際上表示的是6.022×10²³個氧分（fèn）子。一摩爾的（de）任何物質中所含的微觀粒子數量是相同的，例（lì）如（rú）一摩爾碳（tàn）原子含有的（de）原子數和一摩爾氧（yǎng）分子含有的分子數相同。

　　為什麽要把摩爾和12克¹²C所含的（de）原子數量聯（lián）係在一起呢？因為相對原子質量是以¹²C為標準的，國際上把相對（duì）原子質量(以下簡稱原子量)單位定義為¹²C原子質量的（de）1/12，即¹²C的原子（zǐ）量為12。這樣，一摩爾的原子（zǐ）或（huò）分（fèn）子的質量用克來表示時，在數（shù）值上剛好等於它們各（gè）自的原子量或分子量。也就（jiù）是說，一摩爾原子（zǐ）與單個原子質量的比（bǐ）值就是阿伏伽德羅常數。例如，¹²C的原子量（liàng）為12，一摩爾¹²C原子的質量為12克；氫原子的原子量為1，一摩爾氫原子的質量為1克。

　　這樣規定的方便之（zhī）處是，知道了物質的原子量（liàng）或分子量（liàng），就知道了（le）一摩爾物質的質量。一（yī）摩爾（ěr）物質的質量也稱為摩爾質（zhì）量。盡管現在的科學水平還不能（néng）非（fēi）常準確地測出12克（kè）¹²C所含的原子數量，但這並不妨礙我（wǒ）們準確地使用（yòng）摩爾這個單位。隻要準確測出某種物質的原子或分子與（yǔ）¹²C原子間的相對質量比值，就可以（yǐ）準確（què）得到該物質的摩爾質量，因為原子之間的相（xiàng）對質量比（bǐ）值可（kě）以比較準確地用現代測量方（fāng）法(如質譜分析等方法)求得。

　　用摩爾（ěr）為單位來研究（jiū）原子、分子等微觀粒子非常方便。例（lì）如研究水的電解時，實驗結果證實每分解2摩爾水，就會產生1摩爾氧（yǎng）氣和（hé）2摩爾氫氣，於是可以推斷每2個水分子分解成1個氧分子和2個氫分子。在研究物質的物理化學性質如內（nèi）能、熵、焓時，用摩爾來表示（shì）同樣非常直觀和（hé）方便。通過摩爾這個單位，可（kě）以很容易地（dì）把難以計量（liàng）的微觀粒子與容易計量的宏觀物質聯係在一（yī）起。

　　摩爾作（zuò）為一個國際單位製基本單位（wèi），怎樣才能準確複現（xiàn）呢？從理論上（shàng）說，隻要準確數出12克¹²C所含（hán）的原子數量即可，然而目前的科學（xué）技術（shù）水平還遠未達到。假設能夠把碳原子一個一個地分（fèn）離出來，即使通過每秒（miǎo）一萬億次的（de）計數（shù）器，也要用一萬九千年才能數完（wán）這麽多的原子。但是科學家可以（yǐ）利用其（qí）他的物理（lǐ）、化學方（fāng）法比較準確地測出（chū）阿（ā）伏伽德羅常數，例如通過x射線衍射（shè）測定矽單晶的密度等方（fāng）法（fǎ）。隨著科（kē）學的進步和測量技術的提高，阿伏伽德羅常數正在被不斷修正，目前國際上由CODATA推薦的值為6.0221367×10²³。準確複現摩爾量值正是（shì）計量學家和其（qí）他科學家們追求的目標。