出品：科普中國
制作：陳星
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乍一聽物質的量，還以為是和質量有什么關系，是不是？其實物質的量和質量沒什么直接的聯系。
物質的量是國際單位制中7個基本物理量之一，其符號為n，單位為摩爾(mol)，簡稱摩。物質的量是表示物質所含微粒數(N)（如：分子，原子等）與阿伏加德羅常數之比。
阿伏伽德羅常數的數值為0.012kg 12C（碳12）所含碳原子的個數，約為6.02×1023。它是把一定數目的微觀粒子與可稱量的宏觀物質聯系起來的一種物理量。這個物理量和單位在日常生活中使用的不是很廣泛，但是在化學實驗中卻很常見。這里的碳12指的是這種碳原子包含六個質子，六個中子。之所以用這種碳原子是因為它很常見，而且它所包含的中子數和質子數相等，便于測量。
“摩爾”是在1974年10月，第14屆國際計量大會決定增加的國際單位制（SI）的第七個基本單位。摩爾應用于計算微粒的數量、物質的質量、氣體的體積、溶液的濃度、反應過程的熱量變化等。
摩爾來源于拉丁文moles，原意為大量、堆積。這個單位其實是對特定數量的稱呼，好比我們平時使用“一打”來特指十二個，“摩爾”特指的是6.02×1023個微粒的集合（這些微粒可以是原子，分子，離子等等）。國際上規定，1mol粒子集體所含的粒子數與0.012kg 12C（碳12）中所含的碳原子數相同，即1“摩爾”任何物質所包含的結構粒子的數目都等于0.012kg 12C（碳12)所包含的原子個數，約為6.0221367×1023 個結構粒子。
原子（圖片來源于網絡）
“摩爾”這個單位是連接微觀和宏觀的重要橋梁，它使化學實驗的計量變得簡單。因為在實驗時，我們處理的都是宏觀的物質，而實際化學反應卻是發生在微觀的，因此使用“摩爾”就可以很方便地把兩者聯系起來。
那么為什么要用6.0221367×1023代表一摩爾，而不是1×1023或者1×1024呢？這里面其實是有些歷史淵源的。“摩爾”和“原子量”兩個單位有著很密切的關系。我們下面先說一下原子量的概念。
原子量，也稱原子質量或相對原子質量，符號ma，是某種原子的質量與碳-12原子質量的1/12（約1.66×10-27 kg）的比值，單位為1。這樣定義就可以使得元素表中的第一個元素——“氫”的原子量為1。可以看出，“原子量”的出現是為了使科學家能夠更加簡單地來表示原子的質量，因為原子的質量很小，每次都用類似于1.66×10-27 kg這樣的數值來表示很不方便。
有了“原子量”這個單位之后，就可以很方便地表示原子的質量了，但是如上所說，“原子量”這個單位很小，在實際的實驗中使用不方便。為了把常用的質量單位“克”和“原子量”關聯起來，化學家們逐漸發展出了“克原子量（gram atomic weight）”這個概念。
“克原子量”是一個質量單位，它表示的是一種特定的原子的質量在以“克”為單位時，數值恰好等于該原子的“原子量”。例如，碳12原子“克原子量”表示的就是一定質量的碳12，由于碳12原子的原子量是12，因此碳12的“克原子量”就是12“克”。里面一共包含大約6.0221367×1023個碳12原子。再如，對于鐵原子，它的“原子量”是56，因此鐵的“克原子量”就是56“克”。
“克原子量”雖然使用起來很方便，但是有時化學實驗中需要計量的并不是原子，而是分子或者離子。例如對于常見的氧分子，它是一個分子，包含兩個氧原子，它的分子量是32，應該說它的“克分子量”是32“克”，而不應該說它的“克原子量”。
化學分子結構（圖片來源于網絡）
因此這樣一來就會存在“克原子量”，“克分子量”和“克離子量”幾種不同的表述，但是這幾種表述又很相近，可能會造成實際應用上的混淆，正是因為這樣，在上世紀70年代，科學家們決定用“摩爾”這個單位來表示 “克原子量”，“克分子量”或者其他的“克量”。
因此“摩爾”這個單位可以看成是某種形式的統一，它統指的是特定數值的物質的結構粒子（原子、分子或者離子）的集合恰好等于該物質的“克原子量”或者“克分子量”，這個特定數值就是阿伏伽德羅常數，目前最準確的值是6.022140857(74)×1023。
通過“摩爾”的定義其實可以發現，6.022×1023這個數字其實并不常用，它的出現是因為某種物質的“克原子量”或者“克分子量”恰好是6.022×1023個原子或者分子的集合。由于任何純凈物質的6.022×1023個原子或者分子的集合都是該物質的“克原子量”或者“克分子量”，因此科學上把這個常數命名為阿伏伽德羅常數。
“摩爾”這個單位最重要的是1“摩爾”的某種物質（原子，分子，或者離子）的質量恰好等于以“克”為單位的該物質的原子量或者分子量。例如對于1“摩爾”的C2H6O（乙醇），它的分子量是46，那么它的質量大概就是46克，它大概包含6.022×1023個乙醇分子。
有了“摩爾”這個單位，就可以很方便地表示原子，分子或者離子的數量了，因為1“摩爾”的任何純凈物都包含有大約6.022×1023個該物質的結構粒子（原子，分子，或者離子，視具體的研究對象而定）。
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