Cantitat de substància
El Sistema Internacional d'Unitats (SI) definix la cantitat de substància (símbol: n) com una magnitut fonamental que és proporcional al número d'entitats elementals presents. La constant de proporcionalitat depén de l'unitat elegida per a la cantitat de substància; no obstant, una volta feta esta elecció, la constant és la mateixa per a tots els tipos possibles d'entitats elementals.[1] L'identitat de les «entitats elementals» depén del context i deu indicar-se; per lo general estes entitats són: àtoms, molècules, ions, o partícules elementals com els electrons. La cantitat de substància a voltes es denomina com a cantitat química.
L'unitat per a la cantitat de substància, que és una de les unitats fonamentals de el SI, és el mol. El mol es definix com la cantitat de substància que té un número d'entitats elementals com a àtoms hi ha en 12 g de carbono-12. Eixe número és equivalent a la Constant de Avogadro, NA, que té el valor[2] de 6,02214179 (30)•1023 o= mol-1. El treball de precisió deu estar al voltant de 50 parts per mil millons i està llimitat per l'incertitut en el valor de la constant de Planck. Tinga's en conte que en el marc de el SI, la constant de Avogadro té unitats, per lo que és incorrecte referir-se a ella com el “número de Avogadro”, ya que un “número” se supon que és una cantitat sense dimensions. En mol com a unitat, la constant de proporcionalitat entre la cantitat de substància i el número d'entitats elementals és 1./NA.
No hi ha cap raó per a esperar que la massa de qualsevol número entero d'àtoms de carbono-12 dega ser igual a exactament 12 g, del que es desprén que el número de Avogadro exacte no és necessàriament un sancer. Despuix de tot, la definició de gram és que és 1/1000 d'un quilogram, i la definició d'un quilogram és que és la massa del quilogram prototip, un cilindre sòlit, que es manté en una caixa forta en França, feta d'una aleació de platí-iridi, i que per lo tant no té cap relació particular en els àtoms de carbono-12 (vore també Quilogram).
Degut a que cal distinguir entre les magnituts físiques i les seues unitats, és inadequat per a referir-se a la cantitat de substància com el "número de mol", tal com és inadequat per a referir-se a la cantitat física de llongitut com "el número de metros.[3]
L'única una atra unitat de cantitat de substància actualment en us és la lliura mol (símbol: lb-mol.), que s'utilisa a voltes en ingenieria química en els Estats Units.[4][5] 1 lb-mol ≡ 453.592 37 mol (esta relació és exacta, a partir de la definició de lliura de pes internacional).
Terminologia
[editar | editar còdic]Quan se cita una substància, és necessari especificar l'entitat involucrada (a no ser que no hi haja perill de cap ambigüitat). Un mol de clor pot referir-se tant a àtoms de clor (com en 58,44 g de clorur de sodi) o a molècules de clor (com en 22,711 dm³ de clor gas en condicions normals de pressió i temperatura, condicions estàndar). El modo més simple d'evitar l'ambigüitat és substituir el terme “substància” pel nom de l'entitat i/o citar la fòrmula empírica. Per eixemple:
Açò es pot considerar com una definició tècnica de la paraula “cantitat”, un us que també es troba en els noms de certes cantitats derivades (vore més alvance).
Cantitats derivades
[editar | editar còdic]Quan la cantitat de substància entra en una cantitat derivada, per lo general en el denominador: estes cantitats es coneixen com “cantitats molar”. Per eixemple, la cantitat que descriu el volum ocupat per una cantitat de substància donada es denomina volum molar, mentres que la cantitat que descriu la massa d'una cantitat de substància donada és la massa molar. Les cantitats molar s'indiquen a voltes pel subíndex llatí “m” en el símbol, per eixemple, Cp,m, la capacitat calorífica molar a pressió constant: el subíndex es pot ometre si no hi ha risc d'ambigüitat, com ocorre a sovint en el cas de composts químics purs.
La principal cantitat derivada en la que la cantitat de substància entra en el numerador és la concentració molar, c,[6] llevat en química clínica a on es preferix el terme concentració de substància[7] (per a evitar qualsevol possible ambigüitat en concentració en massa). El nom concentració molar és incorrecte, Concentració molar deu referir-se a una concentració per mol, és dir, una fracció de cantitat. L'us de “molar” com a unitat igual a 1 mol/dm³, símbol M, és freqüent, pero no (fins a maig de 2007) totalment acceptada per la IUPAC si be és d'us comú.
Història
[editar | editar còdic]Els alquimistes, i especialment els primers metalúrgics, provablement tenien alguna idea sobre la cantitat de la substància, pero no han perdurat registres que generalisaren esta idea més allà d'un conjunt de receptes. Lomonosov en 1758 va qüestionar l'idea de que la massa era solament una mida de la cantitat de matèria,[8] pero solament en relació en les seues teories sobre la gravitació. El desenroll del concepte de cantitat de substància era coincidente en, i vital para, el naiximent de la química moderna.
- 1777: Wenzel publica Lliçons d'afinitat, en el que demostra que les proporcions del component de "base" i del component "àcit" (catión i anión en la terminologia moderna) seguixen sent els mateixos durant les reaccions entre dos Sales neutres.[9]
- 1789: Lavoisier publica Traité Élémentaire de Chimie, introduint el concepte d'element químic i clarificant la Llei de conservació de la massa per a les reaccions químiques.[10]
- 1792: Richter publica el primer volum de Stoichiometry or the Art of Measuring the Chemical Elements (la publicació dels volums posteriors continua fins a 1802). El terme "estequiometría" és utilisat per primera volta. Les primeres taules de pesos equivalents es varen publicar para reaccions àcit-base. Richter també menciona que, per a un àcit dau, la massa equivalent de l'àcit és proporcional a la massa d'oxigen en la base.[9]
- 1794: Proust en la llei de les proporcions definides generalisa el concepte de pes equivalent a tots els tipos de reaccions químiques, i no solament a les reaccions àcit-base.[9]
- 1805: Dalton publica el seu primer treball en la moderna teoria atòmica, incloent una "Taula dels pesos relatius de les últimes partícules dels gasos i atres cossos".[11]
- 1808: Publicació de A New System of Chemical Philosophy de Dalton, que conté la primera taula de pesos atòmics (basada en H = 1).[12]
En el concepte d'àtoms va sorgir la noció de pes atòmic. Si ben molts es varen mostrar escèptics sobre la realitat dels àtoms, els químics varen trobar ràpidament en els pesos atòmics una ferramenta inestimable per a expressar les relacions estequiomètriques.
- 1809: La Llei dels volums de combinació de Gai-Lussac , indicant una relació d'número entero entre els volums dels reactius i els productes en les reaccions químiques de gasos.[13]
- 1811: Avogadro emet l'hipòtesis de que volums iguals de gasos diferents en les mateixes condicions de pressió i temperatura contenen el mateix número de partícules, coneguda ara com Llei de Avogadro.[14]
- 1813/1814: Berzelius publica la primera de vàries taules de pesos atòmics basada en l'escala d'O = 100.[9][15][16]
- 1815: Prout publica el seu hipòtesis de que tots els pesos atòmics són múltiples sancers del pes atòmic de l'hidrogen.[17] L'hipòtesis va ser abandonada posteriorment donat el pes atòmic observat del clor (approx. 35.5 relatiu a l'hidrogen).
- 1819: La Llei de Dulong-Petit relaciona el pes atòmic d'un element sòlit en el seu calor específica.[18]
- 1819: El treball de Mitscherlich isomorfisme de cristalés permet aclarir moltes fòrmules químiques, en resoldre vàries ambigüitats en el càlcul dels pesos atòmics.[9]
La llei dels gasos ideals va ser la primera en ser descoberta de moltes relacions entre el número d'àtoms o molècules en un sistema i atres propietats físiques de dit sistema, ademés de la seua massa. No obstant, açò no va ser suficient per a convéncer a tots els científics que els àtoms i les molècules tenien una realitat física, en lloc de ser simplement ferramentes útils per al càlcul.
- 1834: Faraday establix el seu Llei de la electrólisis, en particular, que “la descomposició química d'una corrent és constant per a una cantitat constant d'electricitat”.[20]
- 1856: Krönig deduïx la llei dels gasos ideals a partir de la teoria cinètica.[21] Clausius publica una deducció independent a l'any següent.[22]
- 1860: el Congrés de Karlsruhe debat la relació entre “molècules físiques”, “molècules químiques” i àtoms, sense alcançar un consens.[23]
- 1865: Loschmidt fa la primera estimació del tamany de les molècules d'un gas i per lo tant del número de molècules en un determinat volum de gas, ara coneguda com la constant de Loschmidt.[24]
- 1886: van't Hoff mostra les similituts de comportament entre les solucions diluïdes i dels gasos ideals.
- 1887: Arrhenius descriu la dissociació dels electrolitos en solució, resolent un dels problemes en l'estudi de les propietats coligativas.[25]
- 1893: primer us registrat del terme mol per a descriure una unitat de cantitat de substància, per Ostwald en un llibre de text universitari.[26]
- 1897: primera utilisació registrada del terme mol en anglés.[27]
- 1901: Van't Hoff rep el primer Premi Nobel de Química, en part per la determinació de les lleis de la pressió osmótica.[28]
- 1904: Arrhenius rep el Premi Nobel en Química, en part pel seu treball en la dissociació dels electrolitos.[29]
A l'arribada de el XX, els partidaris de la teoria atòmica de més o menys havien guanyat la partida, pero quedaven moltes qüestions pendents, entre elles el tamany dels àtoms i el seu número. El desenroll de l'espectrometria de masses, una de les tècniques que va revolucionar la forma en que els físics i químics realisen conexions entre el món microscòpic d'àtoms i molècules i les observacions macroscòpiques dels experiments de laboratori.
- 1905: l'informe d'Einstein sobre el moviment browniano dissipa els últims dubtes sobre la realitat física dels àtoms, i obri el camí per a una determinació exacta de la seua massa.[30]
- 1909: Perrin falca el nom de “constant de Avogadro” i realisa una estimació del seu valor.[31]
- 1913: descobriment d'isòtop d'elements no radiactius per Soddy[32] i Thomson.[33]
- 1914: Richards rep el Premi Nobel de Química “per les seues determinacions de la massa atòmica d'un gran número d'elements”.[34]
- 1920: Aston propon la regla de l'número entero, una versió actualisada de la hipòtesis de Prout.[35]
- 1921: Soddy rep el Premi Nobel en Química “pel seu treball en la química de les substàncies radiactives i les investigacions sobre isòtops”.[36]
- 1922: Aston rep el Premi Nobel en Química “pels seus descobriments dels isòtops d'un gran número d'elements no radiactius, i per la seua regla de l'número entero”.[37]
- 1926: Perrin rep el Premi Nobel en Física, en part pel seu treball en la mida de la constant de Avogadro.[38]
- 1959/1960: escala de masses atòmiques unificada basada en el 12C = 12 adoptada per l'IUPAP i l'IUPAC.[39]
- 1968: es recomana l'inclusió del mol en el Sistema Internacional d'Unitats (SI) pel Comité Internacional de Peses i Mides (CIPM).
- 1972: s'aprova el mol com unitat fonamental SI de cantitat de substància.
Vore també
[editar | editar còdic]- Fracció molecular, x
- Unitat de massa atòmica
- Massa atòmica
- Constant de Avogadro
- Constant de Boltzmann
- Concentració
- Equivalent (química)
- Pes equivalent (equivalent gram)
- Constant Universal dels gasos ideals
- Llei dels gasos ideals
- Constant de Loschmidt
- Massa molecular
- Concentració molar
- Mol
- Volum molar
Referències
[editar | editar còdic]- ↑ Plantilla:GoldBookRef
- ↑ Mohr, Peter J.; Taylor, Barry N.; Newell, David B.(2008).Reviews of Modern Physics.80
- 633–730.doi:10.1103/RevModPhys.80.633.
- ↑ McGlashan, M. L.(1977).12doi:10.1088/0031-9120/12/5/001.
- ↑ Talty, John T. (1988). Industrial Hygiene Engineering: Recognition, Measurement, Evaluation, and Control, William Andrew, pp. 142. ISBN 0815511752.
- ↑ Llig, C.C. (2005). Environmental Engineering Dictionary, 4th edició, Rowman & Littlefield, pp. 506. ISBN 086587848X.
- ↑ Plantilla:GoldBookRef
- ↑ International Union of Pure and Applied Chemistry (1996). "Glossary of Terms in Quantities and Units in Clinical Chemistry." Pure Appl. Chem. 68:957–1000.
- ↑ «Mikhail Vasil'evich Lomonosov on the Corpuscular Theory». Harvard University Press.
- ↑ 9,0 9,1 9,2 9,3 9,4 Pierre Larousse.París:1
- 868–73..
- ↑ Lavoisier, Antoine (1789). Traité élémentaire de chimie, présenté dans un ordre nouveau et d'après els découvertes modernes, París: Chez Cuchet..
- ↑ (1805).1
- 271–87.
- ↑ (1808) A New System of Chemical Philosophy, Manchester.
- ↑ (1809).2
- 207. English translation.
- ↑ (1811).73
- 58–76. English translation.
- ↑ Extractes d'ensaig Berzelius ': Part II; Part III.
- ↑ Les primeres mides de pesos atòmics de Berzelius es varen publicar en Suècia en 1810: (1810).3
- ↑ (1815).6
- 321–30.
- ↑ (1819).10
- 395–413. English translation
- ↑ (1834).14(23)
- 153–90.
- ↑ (1834).
- ↑ (1856).99
- 315–22.doi:10.1002/andp.18561751008.
- ↑ (1857).100
- 353–79.doi:10.1002/andp.18571760302.
- ↑ Wurtz's Account of the Sessions of the International Congress of Chemists in Karlsruhe, on 3, 4, and 5 September 1860.
- ↑ (1865).52(2)
- 395–413. English translation.
- ↑ (1887).1
- 631. English translation.
- ↑ Ostwald, Wilhelm (1893). Hand- und Hilfsbuch zur ausführung physiko-chemischer Messungen, Leipzig.
- ↑ Helm, Georg (1897). The Principles of Mathematical Chemistry: The Energetics of Chemical Phenomena, Nova York: Wiley, pp. 6.
- ↑ Odhner, C.T. (10 de decembre de 1901). Presentation Speech for the 1901 Nobel Prize in Chemistry.
- ↑ Törnebladh, D.R. (10 de decembre de 1903). Presentation Speech for the 1903 Nobel Prize in Chemistry.
- ↑ (1905).17
- 549–60.doi:10.1002/andp.19053220806.Consultat el 17 de febrer de 2010.
- ↑ (1909).18
- ↑ (1913).107
- 97–99.
- ↑ (1913).89
- 1–20.doi:10.1098/rspa.1913.0057.
- ↑ Söderbaum, H.G. (November 11, 1915). Statement regarding the 1914 Nobel Prize in Chemistry.
- ↑ (1920).39(6)
- 449–55.
- ↑ Söderbaum, H.G. (December 10, 1921). Presentation Speech for the 1921 Nobel Prize in Chemistry.
- ↑ Söderbaum, H.G. (December 10, 1922). Presentation Speech for the 1922 Nobel Prize in Chemistry.
- ↑ Oseen, C.W. (December 10, 1926). Presentation Speech for the 1926 Nobel Prize in Physics.
- ↑ (2004).26(1)
- 4–7.
- Este artícul conté una traducció derivada de «Cantidad de sustancia» de Wikipedia en castellà publicada baix la Llicència de documentació lliure de GNU i la Llicència Creative Commons Reconeiximent-CompartirIgual 4.0 Internacional.