“摩尔”定义的修订和对“个”的推荐

horizontal rule

张学文,2008-7-17 公布

1.         摩尔是科学技术领域的7个基本单位之一。2007年国际计量大会提出了201124届大会可能修订摩尔定义的问题。在潜科学网站、奇迹论坛的讨论基础上,提出了给摩尔的Na(阿佛伽德罗常数,等于6.022×1023)分之一也取个学名,并用它代替摩尔在7个基本单位中的地位的问题。这样做可以使第7个基本单位的本质意义更明显、可以使摩尔的含义更容易理解,还可以使新的单位在化学以外的领域广泛应用。

2.         目前给摩尔这个单位的解释是The mole is the amount of substance of a system which contains as many elementary entities as there are atoms in 0.012 kilogram of carbon-12; its symbol is "mol."。简单地说,1摩尔就是指系统中的物质的数量,这个数量与质量为0.012千克的碳12所具有的基本粒子的个数相等。我认为这种定义摩尔的办法冲淡了摩尔概念的核心特征,并且把“千克”,“碳12”这些本可以不进入定义的词,混了进来。它还需要再借助原子、阿佛伽德罗常数等概念的补充说明才让人逐步明白摩尔的含义。目前的摩尔定义是有缺陷和需要改进的。

3.         在天文学里有“光年”一词。它是指光线在一年里走过的距离,其长度是9.46×1017米。所以“光年”和“米”都是长度的单位。在天文学里“米”这个单位太小,而用光年(或者秒差距)做单位比较合适。光年很大,但仅适用于天文学。“米”十分接近生活,它容易理解,用途非常广泛。“米”进入了7个基本单位系列而“光年”仅作为“米”的导出单位使用于部分学科。

4.         现在把大单位“光年”和小单位“米”的关系类比到“摩尔”概念方面来。我们容易看到摩尔是个的大单位,而它的Na(阿佛伽德罗常数)分之一目前缺少一个学名

 

 

大单位

小单位

大小单位的比例

长度的量的学名

光年

9.46×1017

时间的量的学名

31.5×107

物质的量的学名

摩尔

???

6.022×1023

 

5.         摩尔定义里一方面说它是系统中物质的总量(the amount of substance of a system),一方面又指出它是指“基元整体”(elementary entities)的数量(在碳12那里是具体指独立存在的原子的数量)。基元整体这个词比较抽象,只有落实到单个存在的原子颗粒才比较清晰。而这里的“基元整体”的本质含义是可以独立存在(离散地存在)、边界清楚、内容确定(自然也可以数“数”)的物质对象。摩尔就是该系统(如12克的碳12)中这些“基元整体”的总数量。十分显然,没有原子、分子概念在后面支撑,摩尔概念就不清楚。我们认为摩尔定义中核心的观念是承认物质是以若干个边界清楚、内容确定的形式而独立存在着的(离散地存在)。确实,没有原子观念的胜利没有定量的化学方程式,也就没有摩尔在科学技术基本单位中的地位。

6.         现在话可以这样说:有6.022×1023边界清楚、内容确定的物质对象而独立存在着,就说那里存在1摩尔物质颗粒。换句话说(在中文的语境下)1摩尔的Na分之一就是1物质个体(颗粒,独立存在的有清楚边界、确定内容、数量可数)。于是,在中文的语境下,我们已经十分自然的引出一个关系:1摩尔=6.022×1023,如1摩尔氧分子=6.022×1023个氧分子(在这句话里“个”的科学地位与摩尔的科学地位完全相同,其差别仅是倍率不同)。而这个关系已经提示我们1摩尔的Na分之一就是1“个”,即中文里的“个”字就是我们寻找的替代摩尔的,表示离散物质量(独立稳定存在、边界清楚、内容确定)的最小单位的学名。

7.         现在把思路整理一下:中文里的“个”字原本就是“摩尔”同义词。它们的关系类似“米”与“光年”的关系。“个6.022×1023倍就是1摩尔。如果给“个取一个洋名字“ge”,那么6.022×1023ge=1mol。这里的ge两个字母都取小写,以与化学元素的镉Ge相区别。

8.         于是我们可以这样定义科学计量上的第7个基本单位:它的名称是个,ge,它是计量边界清楚、内容确定的独立(离散)的可数的对象的通用单位。例如12个学生,5个氧原子,3 ge(个)苹果,6 ge城市,8ge字母,10ge软件,9ge方法,7ge方程式都是例子。特别地6.022×1023ge=1mol,这里mol是另外一个计量相同对象的单位,主要用于化学和物理领域。如1mol氧分子=6.022×1023ge氧分子。

9.         摩尔概念的成功,也应当是“个”概念的成功。但是,“边界清楚、内容确定的独立存在而且可数的(离散)对象”远不只原子、分子、电子这些所谓基本粒子,苹果、人、生物体、电视、手机、电脑、飞机、城市、国家、行星、恒星都是物质性的符合定义的对象。而字母、软件、方法、方程式、梦这些非物质对象,只要是可数的“边界”清楚的内容确定的离散对象都可以用“个”作为通用单位。所以我们对ge的定义已经远远超出化学领域的摩尔概念,而仅把摩尔作为它在化学中的特例。“ge”是可以横贯各个自然科学和社会科学和日常生活各个领域的通用单位。

10.     定量化是“科学”的重要特征。定量化就要有计量“单位”。所以7个基本计量单位在定量化方面很重要。在7个基本单位中有6个是对连续变量的计量单位的定义(长度、时间、质量、电流、温度、光的强度),而摩尔是唯一的对离散变量的计量单位的定义。其本质就是要突出该对象的“离散”特点(离散化、数字化、量子化)。过去对摩尔的定义包括了离散性的含蓄描述,但不很鲜明。摩尔定义反而被0.12千克、碳12、阿佛伽德罗常数这些非本质问题给冲淡了。把离散变量的计量单位的定义落实在“ge”、“个”上就可以避免这些混乱。

11.     汉语言是历史最悠久的语言。可汉语里很多科学名称都是外来语,汉语在科学界几乎没有地位。现在需要认识到中文里的“个”字体现了早在7个科学名称出现以前就妥当的解决了离散对象的计量单位问题了(英语对离散的、可数的对象没有专门的名称)。而19世纪出现的摩尔概念只不过是中文“个”的同义词。“个”字以及3头牛、5条鱼的条、6架飞机、8张床,这些短语中的“头”、“条”、“架”、“张”等很多的“量词”都是中文里对离散变量的特有的计量单位(“个”是它们的统称)。可以说在汉语中量词的发达本身就体现了东方人早就对计量单位有着深刻认识和突出贡献。现在是需要把中文的这些成就、贡献融入科学基本单位的时刻了。

 

参考文章:http://www.sciencenet.cn/blog/user_content.aspx?id=2380

http://www.sciencenet.cn/blog/user_content.aspx?id=32495