Liczność materii - Polski Serwis Naukowy

Liczność materii – wielkość fizyczna określająca ilość materii poprzez podanie stosunku liczby dowolnych cząstek tworzących dany obiekt fizyczny do liczby atomów zawartych w 12 g czystego izotopu węgla C.

W układzie SI jednostką liczności materii jest mol, który odpowiada liczbie ok. 6,022 141 79(30) × 10 cząstek.

Między licznością materii a liczbą cząstek występuje następująca zależność:

Foton (gr. φως – światło, w dopełniaczu – φοτος) jest cząstką elementarną nie posiadającą ładunku elektrycznego ani momentu magnetycznego, o masie spoczynkowej równej zero (m0 = 0), liczbie spinowej s = 1 (fotony są zatem bozonami). Fotony są nośnikami oddziaływań elektromagnetycznych, a ponieważ wykazują dualizm korpuskularno-falowy są równocześnie falą elektromagnetyczną.

Masa spoczynkowa (in. masa niezmiennicza lub po prostu masa) - wielkość fizyczna w fizyce relatywistycznej, charakteryzująca ciało bądź układ ciał, która nie zależy od układu odniesienia. W dowolnym układzie odniesienia, masa spoczynkowa jest wyznaczona przez energie i pędy wszystkich ciał.

$n = \frac{N}{N_\mathrm{A}} = \frac{N}{6{,}022 \cdot 10^{23} \; \mathrm{mol}^{-1}} = N \cdot 1{,}6606 \cdot 10^{-24} \; \mathrm{mol}$

gdzie:

n – liczność materii w molach

N – liczba cząstek (atomów, cząsteczek, jonów i wszelkich innych indywiduów chemicznych)

NA – stała Avogadra (zwana też liczbą Avogadra) o wymiarze [mol]

Liczność materii nie powinna być mylona z inną wielkością fizyczną a mianowicie – masą – która w układzie miar SI jest mierzona w kilogramach.

Izotopy – odmiany pierwiastka chemicznego różniące się liczbą neutronów w jądrze atomu (z definicji atomy tego samego pierwiastka mają tę samą liczbę protonów w jądrze). Izotopy tego samego pierwiastka różnią się liczbą masową (łączną liczbą neutronów i protonów w jądrze), ale mają tę samą liczbę atomową (liczbę protonów w jądrze).

Cząstka (korpuskuła) – w tradycyjnym znaczeniu, to każdy fragment materii, który ma kształt mniej lub bardziej zbliżony do sfery i jest na tyle mały, że nie można go zobaczyć gołym okiem.

Problemy terminologiczne

W 1961 r. IUPAP i IUPAC, definiując mol, określiły wielkość fizyczną, której jest jednostką, jako: "amount of substance". Identycznie określiła ją XIV Generalna Konferencja Miar, uznając mol za jedną z jednostek podstawowych układu SI.

Dosłownym tłumaczeniem tego wyrażenia na język polski jest: "ilość substancji", i tak tłumaczy ten termin wiele źródeł.

Jon – atom lub grupa atomów połączonych wiązaniami chemicznymi, która ma niedomiar lub nadmiar elektronów w stosunku do protonów. Obojętne elektrycznie atomy i cząsteczki związków chemicznych posiadają równą liczbę elektronów i protonów, jony zaś są elektrycznie naładowane dodatnio lub ujemnie.

Wydawnictwa Naukowo-Techniczne (WNT) – polskie wydawnictwo założone w roku 1949 z siedzibą w Warszawie. Do roku 1961 funkcjonowało pod nazwą Państwowe Wydawnictwa Techniczne.

Ilość czy liczność

Termin "ilość" odnosi się raczej do wielkości niepoliczalnych (ciągłych), jak np. masa, natomiast liczba, liczność, liczebność do zbiorów, lub wielkości policzalnych (dyskretnych).

Termin "mol" zastąpić miał początkowo terminy "gramoatom" i "gramocząsteczka", definiowane jako ilość substancji o masie równej liczbowo, w gramach, masie atomowej (cząsteczkowej). Następnie jednak, zamiast jako "pewną ilość masy", zaczęto rozumieć go, jako określoną liczbę cząstek, równą liczbie Avogadra. Tak zdefiniowała mol w 1957 r. IUPAP.

Materia – w potocznym rozumieniu ogół obiektywnie istniejących przedmiotów fizycznych poznawalnych zmysłami. W fizyce termin "materia" stosowany jest w kilku różnych, opisanych w artykule znaczeniach.

I. Generalna Konferencja Miar z 26.9.1889 r. ustaliła (obowiązującą do 1960 r.) definicję metra jako odległości w temperaturze 0 st.C i przy normalnym ciśnieniu atmosferycznym między dwiema głównymi kreskami na platynowoirydowym wzorcu, złożonym w Międzynarodowym Biurze Miar w Sèvres pod Paryżem, oraz (nadal obowiązującą) definicję i wzorzec kilograma.

Definicja przyjęta w 1961 r., stosując termin "amount" (ilość), nieco zatarła tę "licznościowość". Jednak Słownik chemii analitycznej w definicji mola używa termin "liczność", a znaczenie terminu "mol", jako gramocząsteczka, uznaje za przestarzałe i niepoprawne. Za użyciem terminu "liczność" przemawia też fizyczna definicja substancji, jako zbioru cząstek. Encyklopedia WIEM określa nawet tę wielkość fizyczną, jako "liczność cząstek".

Przedmiot fizyczny (obiekt fizyczny) określa się tradycyjnie jako każdy przedmiot rozciągły w czasie i przestrzeni (choć konsekwencje zasady nieoznaczoności komplikują tę definicję). Jest sporne, czy istnieją jakieś przedmioty niefizyczne, np. przedmioty psychiczne i duchowe.

IUPAP – Międzynarodowa Unia Fizyki Czystej i Stosowanej (ang. International Union of Pure and Applied Physics) – pozarządowa organizacja międzynarodowa dla popierania rozwoju fizyki z siedzibą w Szwajcarii, założona w roku 1922.

Substancja czy materia

Definicja mola, podana przez Generalną Konferencję Miar, wymieniała, jako cząstki zawarte w układach mierzonych za pomocą tej jednostki, wyłącznie te o niezerowej masie spoczynkowej, ograniczała się więc rzeczywiście do substancji. Jednak w praktyce zaczęto stosować tę jednostkę do układów (zbiorów) cząstek bezmasowych (o zerowej masie spoczynkowej) – fotonów. Wymienia je w definicji mola Encyklopedia fizyki i Encyklopedia techniki – chemia, ta ostatnia podaje nawet osobne hasło: "mol fotonów".

Międzynarodowa Unia Chemii Czystej i Stosowanej (ang. International Union of Pure and Applied Chemistry, w skrócie IUPAC [aj-ju-pak]) – międzynarodowa organizacja zajmująca się przede wszystkim standaryzacją symboliki, nazewnictwa i wzorców wielkości fizycznych stosowanych przez chemików na całym świecie. Oprócz tego IUPAC zajmuje się koordynacją badań naukowych oraz organizacją międzynarodowych kongresów i konferencji o tematyce chemicznej.

Kilogram – jednostka masy, jednostka podstawowa układu SI, oznaczana kg. Jest to masa międzynarodowego wzorca (walca o wysokości i średnicy podstawy 39 mm wykonanego ze stopu platyny z irydem) przechowywanego w Międzynarodowym Biurze Miar w Sèvres koło Paryża. Wzorzec kilograma został usankcjonowany uchwałą I Generalnej Konferencji Miar (Conférence Générale des Poids et Mesures, CGPM) w 1889.

W tej sytuacji pojęcie "substancja", w nazwie wielkości fizycznej, której jednostką jest mol, jako zbyt wąskie, musi być zastąpione pojęciem "materia" (zdefiniowanym, jako zbiór cząstek, o niezerowej energii).

Tłumaczenie wyrażenia: "amount of substance", jako "liczność materii" podaje np. Słownik chemii analitycznej.

Przypisy

National Institute of Standards and Technology: Fundamental Physical Constants, (ang.). [dostęp 22.02.2010].
Oficjalna definicja mola wg BIPM
H. Chmielewski, Międzynarodowy układ jednostek miar SI, 1973, s. 38
↑ J. Gałecki, Układ SI w nauczaniu chemii i fizyki, 1973, s. 46
Słownik fizyczny, WP, 1992, s. 239 (hasło "mol")
Słownik chemiczny, WP, 1995, s. 390 (hasło "mol")
np. liczebność populacji
wikt:ilość
Słownik chemiczny, WP, 1995, s. 390 (hasło "mol", drugie znaczenie)
Słownik chemii analitycznej, WNT, 1984, s. 92
Encyklopedia WIEM Liczność cząstek
Encyklopedia fizyki, PWN, 1973, t. 2, s. 402
Encyklopedia Techniki. Chemia. Wyd. 4. Warszawa: Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, 1993, s. 461. ISBN 8320413125.
Słownik chemii analitycznej, WNT, 1984, s. 74

Międzynarodowe Biuro Miar i Wag, BIPM (fr. Bureau international des poids et mesures) – organizacja zajmująca się ujednolicaniem jednostek miar układu SI. Organizuje międzynarodowe porównania krajowych standardów pomiaru i przeprowadza kalibracje jednostek w państwach członkowskich.

Stała Avogadra, inaczej liczba Avogadra, to liczba atomów, cząsteczek lub innych cząstek materii w jednym molu substancji złożonej z tychże atomów lub cząsteczek. Oznaczana przez NA (lub L - lepiej unikać ze względu na tak samo oznaczaną stałą Loschmidta), wynosi[1]: