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アボガドロ定数の意味は?

計量たんの根源的疑問(アボガドロ定数は新SI質量基準の基礎定数)に対するけみかたんとの対話。暫定版。追記編集歓迎。
科学 学術たん アボガドロ定数
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高精度測定研究されていたアボガドロ定数とその変更予定

石部統久 @mototchen
産総研:普遍的な物理定数に基づく新しいキログラムの再定義に道を拓く aist.go.jp/aist_j/new_res… @AIST_JPさんから
石部統久 @mototchen
物理学のSI単位の定義改正とキログラム原器の廃止が提示されました - Togetter togetter.com/li/871487 @togetter_jpさんから
ツイートまとめ 物理学のSI単位の定義改正とキログラム原器の廃止が提示されました 産業技術総合研究所がアボガドロ定数を高精度測定した http://togetter.com/li/452334 62552 pv 1172 240 users 524

アボガドロ定数とは

石部統久 @mototchen
「アボガドロ定数 物質1 molに含まれる構成要素(原子や分子)の数。科学技術データ委員会によって2014年に決定された推奨値は6.022 140 857(74)×1023 mol-1である(括弧内の数値は最後の桁の標準不確かさを表す)」 aist.go.jp/aist_j/press_r…
計量たん🤐 @Keiryo_tan
@chemica_tan 突然すみません、けみかさん! 数日間アボガドロ定数について考えていたのですが、化学の人はどんな風に捉えてるんでしょうか。
計量たん🤐 @Keiryo_tan
@chemica_tan こういう事柄です。 (1)アボガドロ定数(6.0×10^23 /mol)は物理定数か? (2)大きさは恣意的なのか? (3)量としての意味は? 自分なりに結論は出たのですが、一般に言われる言説と距離があるような気がして自信がないです。物質量まわりは概念的に難しい…。
計量たん🤐 @Keiryo_tan
@chemica_tan よろしくお願いします。アボガドロ定数が使われるのは、個数と物質量とを互いに変換する場面だと思います。それは「実用的な面」として、アボガドロ定数の意味を考えたら、「あれ?これ意外なものに名前を与えてるんじゃ…?」ってなったんですよね。
けみかたん(化学/生物)準冬眠 @chemica_tan
@Keiryo_tan 返信したと思っていました、大変申し訳ありません。 ちょっとつらつら書いてみようと思います。
けみかたん(化学/生物)準冬眠 @chemica_tan
@Keiryo_tan (1) アボガドロ定数は物理定数か? 物理定数ではないと考えます。アボガドロ定数(というかモル)の定義はざっくり言って 「炭素12がアボガドロ定数個集まった時の質量を12グラムとする。」 となってますよね。この定義では「炭素12」、「12グラム」の部分は任意に決められたはずです。 (続く)
けみかたん(化学/生物)準冬眠 @chemica_tan
@Keiryo_tan (承前) もちろん12Cの質量そのものは物理定数が違ったら変わりうるでしょうけど、何にせよ定義の中で「採用する粒子の種類」「採用する質量の値と単位系」は任意に取ってよかったので、これは人間の都合で勝手に決めている値だと考えます。 ((2)へ続く)
けみかたん(化学/生物)準冬眠 @chemica_tan
@Keiryo_tan (承前) (2) 大きさは恣意的なのか? 恣意的です。先程ほぼ答えを出してしまいましたが、ベースにしているのはSI単位系だし、結びつける質量のオーダーは人間が実感しやすいグラム。そもそも定義の中で対象とする粒子物理学/化学で炭素/酸素と流儀が違った時代もあったくらいですし。 ((3)へ続く)
けみかたん(化学/生物)準冬眠 @chemica_tan
@Keiryo_tan (承前) (3) 量としての意味は? 1ダース12個、1グロスが12ダース...というのと似たようなノリで、たまたま12Cの質量と12gの関係を考えたらそういう数字になった、という以上の意味はないと感じます。 (訂正・お詫びに続く)
けみかたん(化学/生物)準冬眠 @chemica_tan
@Keiryo_tan (承前)(訂正・お詫び) (1)ですが、結論から言うと物理定数=値が変化しない物理量とのことです。私の勘違いでした。 ただ、SI単位系を使う存在がいないと意義の薄れる量である上に、定義に出てくる物質・数字は多分に恣意的である...ということは言えるのではないでしょうか。 以上です。
計量たん🤐 @Keiryo_tan
@chemica_tan あけましておめでとうございます!だいぶ前の質問を覚えていてくださって、丁寧に回答していただきありがとうございます!
けみかたん(化学/生物)準冬眠 @chemica_tan
@Keiryo_tan 何て回答したかなと気になって見返したら、してなかったことに気づきまして。 大変失礼しました>< こちらもあけましておめでとうございます。
けみかたん(化学/生物)準冬眠 @chemica_tan
@Keiryo_tan 尤も、物質が原子から成っていて、その質量はほぼ核子の質量の整数倍であり、単核種(に近い)元素がそれなりの数存在する...という条件もモルやアボガドロ定数が威力を発揮するのに欠かせない条件かもしれません
計量たん🤐 @Keiryo_tan
@chemica_tan ひと月ほど前に考えて、あまり実際的な問題でない気がしたのと、長くなりそうなのでブログとかに書くほうがいいかと思ってそのままにしてました。質問したときはうまく言葉にできてなかったかもしれません。
計量たん🤐 @Keiryo_tan
@chemica_tan 今時点での考えを書いてみます。(ダーっと書くのでまとまりがないかも…)
計量たん🤐 @Keiryo_tan
@chemica_tan けみかさんの考えを読んで、また自信がなくなってきましたが、 (1)普遍定数としていいかな? (2)物質量を導入する単位系においてNO (3)モルではなく物質量と粒子数を橋渡しする定数 と考察しました。 twitter.com/Keiryo_tan/sta…
計量たん🤐 @Keiryo_tan
@chemica_tan 物質量って何だろう…?高校で出会ったとき、個数とモル単位の換算ができればいいや!とそれ以上考えた記憶はないです。 6.0×10^23個分子や原子を集めたのが1モル。それで、6.0×10^23個が「アボガドロ数」。簡単じゃん!何も問題なくない?…と。
計量たん🤐 @Keiryo_tan
@chemica_tan 徹頭徹尾「個数とモル」の話かと。モル単位の物質量から個数を求めるには「アボガドロ定数」を掛ける。アボガドロ数の後ろに毎モルをつけたのがアボガドロ定数。あー、モルと掛け合わせて単位を消すわけ、なるほど…。
計量たん🤐 @Keiryo_tan
@chemica_tan 式にすればこう。 2 mol × N_A = 2 mol × (6.0×10^23 /mol) = 12×10^23 個数からモルへの逆方向は、アボガドロ定数で割る。毎モルをひっくり返してモル。 12×10^23 / N_A = 12×10^23 / (6.0×10^23 /mol) = 2 mol
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コメント

エレキたん❣️ @ElekiTan 2018年1月6日
40数年前、中学で「アボガドロ数」というのは習ったけど「アボガドロ定数」というのは間違いだった。出世したなって思う。
計量たん🤐 @Keiryo_tan 2018年1月13日
英語でいうと、それぞれAvogadro's numberとAvogadro constantです。1モルに含まれる粒子数がアボガドロ数。モルの定義から6.0×10^23個と現在は実験的に求められます。アボガドロ数に単位(/mol)をつけた量をアボガドロ定数と呼ぶ、というのが常識的な説明だけど、アボガドロ定数は本質的にアボガドロ数と関係ないのでは?という疑問でした。
計量たん🤐 @Keiryo_tan 2018年1月13日
このあと調べごとをした内容をコメント欄に残しておきます。
計量たん🤐 @Keiryo_tan 2018年1月13日
(1)モル以外の単位を使って物質量を表すことがあるか (2)その場合、アボガドロ定数はどう表される? (3)結局アボガドロ定数ってどんな量? (4)モル質量とか気体定数とか (5)アボガドロ数を固定することでどう変わる?
計量たん🤐 @Keiryo_tan 2018年1月13日
(1)分野によってはミリモルが使用される。まったく別の単位で表すのは国内では見つからず。アメリカには、ポンドモルの単位があるんだとか。これは炭素12をギュッと12ポンド集めて、1ポンドモル。(アメリカから出て来ないでほしいな…) https://en.wikipedia.org/wiki/Mole_(unit)#Other_units_called_%22mole%22
計量たん🤐 @Keiryo_tan 2018年1月13日
(2)実はこっちを先に探していました。 https://en.wikipedia.org/wiki/Avogadro_constant のページの右側。1ポンドが453.59237グラムだから、1ポンドモルが453.59237モル。分子と分母に同じ数を掛けていると考えれば、見た目は違えど確かにアボガドロ定数です。ここで、数値部分は1ポンドモルが含む個数。…仕掛けが見えてきました。
計量たん🤐 @Keiryo_tan 2018年1月13日
(3)「粒子1個に相当する物質量の逆数」がアボガドロ定数の正体だと思います。もっと直観的な言い方ができそう?「/mol」で表したとき、数値部分にアボガドロ数が出てくる。「/lb-mol」や「/duo」で表しても同様に、物質量に相当する個数が出てくる。だから、アボガドロ数は特別でも何でもない!本当?(この最後まだ疑ってます)
計量たん🤐 @Keiryo_tan 2018年1月14日
(4)アボガドロ定数、1モルと関係ないじゃん…ってなると、モル質量も1モルの塊じゃないですね?この名前は微妙、というか意味に合ってない気がします。密度のことをリットル質量とは呼ばない(1リットルの塊の質量じゃない)し、「1 g」と「4 g/cm^3」は次元が違うから比較できないのと同じです。
計量たん🤐 @Keiryo_tan 2018年1月14日
倉本直樹. 物質量(mol)についての基礎解説と最新動向. 計測と制御. 2014, 53(4). https://www.jstage.jst.go.jp/article/sicejl/53/4/53_368/_article/-char/ja
計量たん🤐 @Keiryo_tan 2018年1月14日
Lorimer, Jack W. What is a Mole?: Old Concepts and New. Chemistry International. 2010, 32(1). https://old.iupac.org/publications/ci/2010/3201/2_lorimer.html
計量たん🤐 @Keiryo_tan 2018年1月14日
誤字があったので修正。
計量たん🤐 @Keiryo_tan 2018年1月14日
(5)改定後はグラム(キログラム)との関係が切れ、アボガドロ数と入れ替えで、炭素12原子のモル質量が実験的に求められることに。原子量の後ろに「g/mol」をつければモル質量、という正確な関係は失われます。原子量の基準を「1グラムをアボガドロ数で割った質量」に変えてしまえば今まで通りだけど、、
計量たん🤐 @Keiryo_tan 2018年1月14日
誤解のないように追記しておきます。ここで述べた内容は、実際に高校生にこう教えるべきとは考えてません。徒に混乱させてしまう可能性が強いのが一つ。また、「アボガドロ数に単位をつけてアボガドロ定数」の説明も正しいには正しいです。
計量たん🤐 @Keiryo_tan 2018年1月14日
やっぱり実際的な問題ではないし、深入りはせずにお茶を濁すくらいがちょうどいいのかな?
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