國家標準物質研究中心  陳大舟

　　在現實（shí）生活中，為了方便地表（biǎo）示數量很多的物體，人們可以使用不同單位來描述。例（lì）如在（zài）商（shāng）店裏，香煙是以“盒”來計算的，二十支為一盒。古時候人們（men）把一千個銅錢用繩子串起來叫“貫”，當錢數比較多時就用“貫”來計算。

　　在天文學中表（biǎo）示恒（héng）星間的（de）距離時，通常（cháng）用“光年”來表示距離（lí）。因為在宇宙空間，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才能到（dào）達。如果用“米”或“公裏”，顯然很不方便。

　　對於微觀世界的原子、分子等粒子，我們當然無法一個一個地數，更不可能稱出單個原子的重量。因為原子（zǐ）實在太小（xiǎo）了（le），假設把一（yī）萬億個碳原子放在一起，也隻有1.2皮克(pg)，用世界上最準確的天平也稱不出來（lái）。為（wéi）了深入研究（jiū）分子（zǐ）間的反應機理，又需要測定和計算反應前後分子的數量，怎樣才能比（bǐ）較方便地表示（shì）它們的個數呢？

　　意大（dà）利科學家阿伏伽德（dé）羅早在（zài）1811年就提出，在相同條件下，相同體積（jī）的氣體含（hán）有同樣數量的（de）分子。這（zhè）一論點後來（lái）被證明在早期的原子量和分子量測定中非常有用，並且因此引出了“摩爾（ěr）”這個（gè）概念。為了方便地表示數量非常巨大的微觀粒子，科（kē）學家在分子水平上（shàng）研究物質的物理化學性質時（shí），就開始（shǐ）使用摩爾（ěr）這個單位。一摩爾氧氣在標（biāo）準狀態下（xià）的體積接近22.4升，重36克。用（yòng）摩爾為（wéi）單位來計算化學反應的分子數量非常方便，單個原子不能（néng）稱量，而（ér）一摩爾原子就可以很容易地用普通（tōng）天平稱量出來。

　　盡管科學家們很早就（jiù）開（kāi）始使用（yòng）“摩（mó）爾”，但是對這個（gè）單位的認識卻有（yǒu）所不同，直到（dào）1971年（nián）第（dì）十四屆國際計（jì）量大會(CGPM)才正（zhèng）式決定將摩爾(mole)列（liè）為國際單位製(SI)中七個基本單位之一，並對摩爾明確地給予了如下定義:“摩爾是一係統的物（wù）質的量(amount of substance)，該係統中所（suǒ）包含（hán）的基本單元數與0.012千克碳-12的原子數目相等。使用摩爾時，基本單元應予指明，可以是原子、分子、離子、電子及（jí）其它粒（lì）子，或是這些粒子的特（tè）定組合。”

　　這個（gè）定（dìng）義直接從翻譯文字上看比較抽象，我們可以理解為:摩爾是表示在一個特定體係（xì）中某類微觀粒子(原子、分子等)數量的一種單位，一摩爾微觀粒子在數量上等於12克¹²C(碳-12，碳的一種同位（wèi）素)所含有（yǒu）的原子數目。

　　應該強調指出的（de）是，摩爾不是表示（shì）質量的單位，而是表示物（wù）質所含有的某類微觀粒子數量的單位。摩爾（ěr）這個單位中包含了一（yī）個非常巨大的數字，12克¹²C的原子有多少呢？經實驗測定大約是6.022?1023個，這個（gè）數字也（yě）被稱為阿伏伽德羅常數。例如，一摩爾氧（yǎng）分子實際上表示的是6.022?10²³個氧（yǎng）分子。一摩爾的任何物質中所含的（de）微觀粒子（zǐ）數量是相同的，例如一（yī）摩爾碳（tàn）原子含有的原子數和一摩爾氧分子含有的分子數相同。

　　為什麽要把（bǎ）摩爾和12克¹²C所含的原子數（shù）量聯係在一起呢？因為相對原子質量是以¹²C為標準的，國（guó）際上把相對原子（zǐ）質量(以下簡稱原子量)單位定義為¹²C原子質量的1/12，即¹²C的原子（zǐ）量為12。這樣，一摩爾的原子或分子的質量用克來表示（shì）時，在數值上剛好等於它們各自的原子量或（huò）分子量。也就是說，一摩爾原子與單個原子質量的比值（zhí）就是阿伏伽德羅常數。例如（rú），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（yuán）子量為1，一摩爾氫原子的質量為（wéi）1克。

　　這樣規定的方（fāng）便之處是，知道（dào）了物質的原子量（liàng）或分子（zǐ）量，就知道了一摩（mó）爾物質的質量。一摩爾物質的質（zhì）量也（yě）稱為摩（mó）爾質量（liàng）。盡管現在（zài）的科學水平還不能非常準確（què）地測出12克¹²C所含的原子數量，但這並不（bú）妨礙我們準確（què）地使（shǐ）用摩爾這個單位。隻要準確測（cè）出某種物質的原子或（huò）分子與¹²C原子間的相（xiàng）對質量比值，就可以準確得到該物質的摩爾質量，因為（wéi）原子之間的相對質量比值可以比（bǐ）較準確地用現（xiàn）代（dài）測量（liàng）方法(如質譜分析等方法)求得。

　　用摩（mó）爾為單位來研（yán）究原子、分子等微觀粒子非常方便。例如研究水的電解時，實驗結果證實（shí）每分解2摩爾水，就（jiù）會（huì）產生1摩爾氧氣（qì）和2摩爾氫氣，於是可以推斷每2個水分子（zǐ）分解成（chéng）1個氧（yǎng）分（fèn）子和2個氫分子。在研究物質的物理化學性質如（rú）內能、熵、焓時，用摩爾來表示同樣（yàng）非常直觀和方便。通（tōng）過摩爾這個（gè）單位，可以很容易地把難以計量的微觀粒子與容易計量（liàng）的宏觀物質聯係在一起（qǐ）。

　　摩爾作為一個國際單位製基本單位，怎樣才能準確複現呢？從理論上說，隻要準確數出12克¹²C所含的原子數量即可，然而目前（qián）的科（kē）學（xué）技術水平（píng）還遠未達到。假設能夠把碳原子一個一個地分離出來，即使通過（guò）每秒一萬億次的計數器，也要用一萬九千年才能數完這麽多的原子。但是科學家可以（yǐ）利用其他的物（wù）理、化學方法比較準確地測出阿伏伽德羅常數，例如通過x射線衍射測定矽單晶的密（mì）度等方法。隨著科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（fù）現（xiàn）摩爾量值正是計量學家和其他科學家們追求的目（mù）標。