JOVANA
Library Glossary Getting Started Three Levels Fields How it works Mission
Join the mission
All guides

數清那數不清的:莫耳與亞佛加厥常數

原子太小、太多,無法一個一個數。來認識化學家巧妙的變通辦法——一個叫做「莫耳」的計數單位——以及讓它生效的那個巨大數字。

小得沒法數

舉起一滴水。它包含的物質粒子——水分子——多到這樣的程度:哪怕你每秒數一個,等太陽燒盡之後你還在數。原子和分子實在太小、太多,沒法一個一個地處理。

可化學的核心,恰恰是多少個粒子和多少個別的粒子反應。於是化學家面對一個很實際的問題:你怎麼去數那些你永遠看不見、數量又大到寫不出來的東西?他們的答案,是全部科學中最有用的想法之一。

妙招:按「打」來數,只是大得多

你早就習慣把小東西按一捆一捆來數了。雞蛋按「打」(12 個)賣,紙按「令」(500 張)賣。「打」不過是某個固定數目的名字。莫耳是同樣的想法,只是這一捆大得驚人:一莫耳就是固定的、確定數目的粒子——原子、分子,或你正在數的任何東西。

這一捆有多大?大約是 602,000,000,000,000,000,000,000——六千零二十萬億億。簡潔地寫出來,就是 6.022 × 10²³。這個「每莫耳的個數」就是亞佛加厥常數,以那位想法促成了它的科學家命名。

為什麼偏偏是這個捆的大小?

莫耳被選定,並不是為了湊一個圓整、漂亮的數字。它被選定,是為了讓記帳和實驗台上的操作對得上。莫耳是一個叫做物質的量的量的單位——這是化學家表達有多少個粒子的方式,用莫耳來說,而不用一長串零。

美妙的回報是:莫耳把看不見的(原子的個數)和看得見的(你能稱量的克數)連了起來。粗略地說,一莫耳碳原子大約重 12 克;一莫耳水大約重 18 克。所以當你在普通天平上稱重時,你其實是在數粒子——一次數上億億個。

在實踐中使用莫耳

下面是化學家幾乎不假思索就會執行的日常流程:

  1. 在天平上以克為單位稱量你的物質。
  2. 把克換算成莫耳,於是你就知道自己真正擁有多少個粒子
  3. 利用反應的「配方」——它講的是粒子的比例——來預測你能做出多少產物。
  4. 把預測出的莫耳再換算回克,這樣你就能稱量結果並核對。

注意這個節奏:克 → 莫耳 → 推理 → 莫耳 → 克。莫耳坐在中間,充當一個翻譯,溝通你能稱量的世界和無數粒子的世界。同樣數目的粒子,可以是固體、液體或氣體——這個個數不會隨物質的狀態溫度而改變,改變的只是形態。