Vés al contingut

Quantitat de substància

De la Viquipèdia, l'enciclopèdia lliure
Infotaula de magnitud físicaQuantitat de substància
Tipustipus de quantitat i Quantitat base del Sistema Internacional de Quantitats Modifica el valor a Wikidata
Unitatsmol Modifica el valor a Wikidata
Fórmula Modifica el valor a Wikidata
Retrat de Lorenzo Romano Amedeo Carlo Avogadro (1776–1856), comte de Quaregna e Cerreto.

La quantitat de substància és una quantitat definida de forma estàndard que mesura la mida d'un conjunt de partícules elementals, com són els àtoms, molècules, electrons, i altres partícules. De vegades s'anomena quantitat química. El Sistema Internacional d'Unitats (SI) defineix la quantitat d'una substància com proporcional al nombre de partícules elementals presents. La unitat del SI per la quantitat d'una substància és el mol que té el símbol de mol. El mol es defineix com la quantitat de substància que conté igual nombre de partícules que d'àtoms hi ha en 0,012 kg de l'isòtop carboni 12.[1] Aquest nombre s'anomena nombre d'Avogadro i té el valor de 6,02214179 · 10 23.[2] És el valor numèric de la constant d'Avogadro la qual té la unitat d'1/mol, i relaciona la massa molar d'una quantitat de substància amb la seva massa.

La quantitat de substància apareix en relacions termodinàmiques com la llei del gas ideal, i en relacions estoiquiomètriques entre molècules que reaccionen en la llei de proporcions múltiples.

Als Estats Units també es fa servir, en enginyeria química, la unitat de quantitat de substància anomenada mol lliura (Pound mole) amb el símbol lb-mol.[3][4]

Terminologia

[modifica]

Quan se cita una quantitat de substància, cal especificar l'entitat implicada com a mínim si hi ha risc d'ambiguitat. Un mol de clor podria referir-se a àtoms de clor, com a 58,44 g de clorur de sodi, o a molècules de clor, com en 22.711 dm3 de gas clor en condicions estàndard de temperatura i pressió. El sistema més simple per a evitar l'ambiguitat és substituir el terme substància pel nom de l'entitat o citar la fórmula empírica.[5][6] Per exemple:

Quantitats derivades

[modifica]

Quan la quantitat de substància entra dns d'una quantitat derivada, o fa normalment com el denominador: tals quantitats es coneixen com a quantitats molars.[7] Per exemple, la quantitat que descriu el volum ocupat per una quantitat donada de substància s'anomena volum molar, mentre que la quantitat que descriu la massa d'una quantitat donada de substància és la massa molar. Les quantitats molars de vegades s'assenyalen amb una "m" sobreescrita en el símbol,[7] per exemple Cp,m, capacitat de calor molar, la m es pot ometre si no hi ha risc d'ambiguitat.

La principal quantitat derivada en la qual la quantitat de substància entra en el numerador és la concentració de quantitat de substància, c. Sovint s'abreuja com "concentració de quantitat",[8] excepte en la química clínica on es prefereix el terme concentració de substància ("substance concentration")[9]

Història

[modifica]

Els alquimistes i especialment els primers metal·lúrgics probablement tenien alguna noció de la quantitat de substància però no i registres d'una generalització d'aquesta idea. El 1758, Mikhaïl Lomonóssov qüestionà la idea sobre que la massa era l'única mesura de la quantitat de matèria,[10] però ho va fer només en les seves teories de la gravitació. El desenvolupament del concepte de quantitat de substància era coincident amb, i vital per a, el naixement de la química moderna.

  • 1777: Wenzel publica Lliçons d'afinitat, en el qual demostra que les proporcions del component de "base" i del component "àcid" (catió i anió en la terminologia moderna) continuen sent els mateixos durant les reaccions entre dues Sals neutres.[11]
  • 1789: Lavoisier publica Traité Élémentaire de Chimie, introduint el concepte de element químic i aclarint la Llei de conservació de la massa per a les reaccions químiques.[12]
  • 1792: Richter publica el primer volum de Stoichiometry or the Art of Measuring the Chemical Elements (la publicació dels volums posteriors continua fins a 1802). El terme "estequiometria" és utilitzat per primera vegada. Les primeres taules de pesos equivalents es van publicar per a reaccions àcid-base. Richter també esmenta que, per a un àcid donat, la massa equivalent de l'àcid és proporcional a la massa d'oxigen en la base.[11]
  • 1794: Proust en la llei de les proporcions definides generalitza el concepte de pes equivalent a tots els tipus de reaccions químiques, i no solament a les reaccions àcid-base.[11]
  • 1805: Dalton publica el seu primer treball en la moderna teoria atòmica, incloent-hi una "Taula dels pesos relatius de les últimes partícules dels gasos i altres cossos".[13]
  • 1808: Publicació de A New System of Chemical Philosophy de Dalton, que conté la primera taula de pesos atòmics (basada en H = 1).[14]

Amb el concepte d'àtoms va sorgir la noció de pes atòmic. Si bé molts es van mostrar escèptics sobre la realitat dels àtoms, els químics van trobar ràpidament en els pesos atòmics una eina inestimable per a expressar les relacions estequiomètriques.

La llei dels gasos ideals va ser la primera a ser descoberta de moltes relacions entre el nombre d'àtoms o molècules en un sistema i altres propietats físiques d'aquest sistema, a més de la seva massa. Tanmateix, això no va ser suficient per a convèncer a tots els científics que els àtoms i les molècules tenien una realitat física, en comptes de ser simplement eines útils per al càlcul.

  • 1834: Clapeyron estableix la llei dels gasos ideals.[21]
  • 1834: Faraday estableix el seu Llei de l'electròlisi, en particular, que “la descomposició química d'un corrent és constant per a una quantitat constant d'electricitat”.[22]
  • 1856: Krönig dedueix la llei dels gasos ideals a partir de la teoria cinètica.[23] Clausius publica una deducció independent a l'any següent.[24]
  • 1860: el Congrés de Karlsruhe debat la relació entre “molècules físiques”, “molècules químiques” i àtoms, sense aconseguir un consens.[25]
  • 1865: Loschmidt fa la primera estimació de la grandària de les molècules d'un gas i per tant del nombre de molècules en un determinat volum de gas, ara coneguda com la constant de Loschmidt.[26]
  • 1886: van't Hoff mostra les similituds de comportament entre les solucions diluïdes i dels gasos ideals.
  • 1887: Arrhenius descriu la dissociació dels electròlits en solució, resolent un dels problemes en l'estudi de les propietats col·ligatives.[27]
  • 1893: primer ús registrat del terme mol per a descriure una unitat de quantitat de substància, per Ostwald en un llibre de text universitari.[28]
  • 1897: primera utilització registrada del terme mol en anglès.[29]
  • 1901: Van't Hoff rep el primer Premi Nobel de Química, en part per la determinació de les lleis de la pressió osmòtica.[30]
  • 1904: Arrhenius rep el Premi Nobel en Química, en part pel seu treball en la dissociació dels electròlits.[31]

A l'arribada del segle xx els partidaris de la teoria atòmica de més o menys havien guanyat la partida, però quedaven moltes qüestions pendents, entre elles la grandària dels àtoms i el seu número. El desenvolupament de l'espectrometria de masses, una de les tècniques que va revolucionar la forma en què els físics i químics realitzen connexions entre el món microscòpic d'àtoms i molècules i les observacions macroscòpiques dels experiments de laboratori.

Referències

[modifica]
  1. ↑ Oficina Internacional de Pesos i Mesures. The International System of Units (SI) (en anglès). 8a ed., 2006. ISBN 92-822-2213-6.
  2. ↑ Mohr, Peter J.; Taylor, Barry N.; Newell, David B. «CODATA Recommended Values of the Fundamental Physical Constants: 2006» (en anglès). Reviews of Modern Physics, 80 (2), 2, 2008, pàg. 633–730. Bibcode: 2008RvMP...80..633M. DOI: 10.1103/RevModPhys.80.633.
  3. ↑ Talty, John T. Industrial Hygiene Engineering: Recognition, Measurement, Evaluation, and Control. William Andrew, 1988, p. 142. ISBN 0815511752.
  4. ↑ Lee, C.C.. Environmental Engineering Dictionary. 4a edició. Rowman & Littlefield, 2005, p. 506. ISBN 086587848X.
  5. ↑ IUPAC, Compendium of Chemical Terminology, 2a ed. ("The Gold Book") (1997). Versió corregida en línia:  (2006–) "amount of substance, n" (en anglès).
  6. ↑ Plantilla:GreenBookRef
  7. 1 2 Plantilla:GreenBookRef
  8. ↑ IUPAC, Compendium of Chemical Terminology, 2a ed. ("The Gold Book") (1997). Versió corregida en línia:  (2006–) "amount-of-substance concentration" (en anglès).
  9. ↑ International Union of Pure and Applied Chemistry (1996). "Glossary of Terms in Quantities and Units in Clinical Chemistry." Pure and Applied Chemistry 68:957–1000.
  10. ↑ Lomonóssov, Mikhaïl. «Mikhail Vasil'evich Lomonosov on the Corpuscular Theory» p. 224–33. Cambridge, MA: Harvard University Press, 1758/1970. «On the Relation of the Amount of Material and Weight»
  11. 1 2 3 4 5 «Grand dictionnaire universel du XIXe siècle». [París], 1, 1866, pàg. 868–73..
  12. ↑ Traité élémentaire de chimie, présenté dans un ordre nouveau et d'après les découvertes modernes. París: Chez Cuchet, 1789.
  13. ↑ «On the Absorption of Gases by Water and Other Liquids». Memoirs of the Literary and Philosophical Society of Manchester, 2nd Series, 1,  1805, pàg. 271–87.
  14. ↑ A New System of Chemical Philosophy, 1808.
  15. ↑ «Memoire sur la combinaison des substances gazeuses, les unes avec les autres». Mémoires de la Société d'Arcueil, 2,  1809, pàg. 207. English translation
  16. ↑ «Essai d'une maniere de determiner les masses relatives des molecules elementaires des corps, et les proportions selon lesquelles elles entrent dans ces combinaisons». Journal de Physique, 73,  1811, pàg. 58–76. English translation.
  17. ↑ Extractes d'assaig Berzelius: Part II; Part III.
  18. ↑ Les primeres mesures de pesos atòmics de Berzelius es van publicar a Suècia en 1810: «Forsok rorande de bestamda proportioner, havari den oorganiska naturens bestandsdelar finnas forenada». Afh. Fys., Kemi Mineral., 3,  1810.
  19. ↑ «On the relation between the specific gravities of bodies in their gaseous state and the weights of their atoms». Annals of Philosophy, 6,  1815, pàg. 321–30.
  20. ↑ «Recherches sur quelques points importants de la Théorie de la Chaleur». Annales de Chimie et de Physique, 10,  1819, pàg. 395–413. English translation
  21. ↑ «Puissance motrice de la chaleur». Journal de l'École Royale Polytechnique, 14, 23,  1834, pàg. 153–90.
  22. ↑ «On Electrical Decomposition». Philosophical Transactions of the Royal Society,  1834.
  23. ↑ «Grundzüge einer Theorie der Gase». Annalen der Physik, 99,  1856, pàg. 315–22. 10.1002/andp.18561751008.
  24. ↑ «Ueber die Art der Bewegung, welche wir Wärme nennen». Annalen der Physik, 100,  1857, pàg. 353–79. 10.1002/andp.18571760302.
  25. ↑ Wurtz's Account of the Sessions of the International Congress of Chemists in Karlsruhe, on 3, 4, and 5 September 1860.
  26. ↑ «Zur Grösse der Luftmoleküle». Sitzungsberichte der kaiserlichen Akademie der Wissenschaften Wien, 52, 2,  1865, pàg. 395–413. English translation.
  27. ↑ «{{{título}}}». Zeitschrift fur physikalische Chemie, 1,  1887, pàg. 631. English translation.
  28. ↑ Hand- und Hilfsbuch zur ausführung physiko-chemischer Messungen, 1893.
  29. ↑ The Principles of Mathematical Chemistry: The Energetics of Chemical Phenomena. Nueva York: Wiley, 1897, p. 6.
  30. ↑ Odhner, C.T. (10 de diciembre de 1901). Presentation Speech for the 1901 Nobel Prize in Chemistry.
  31. ↑ Törnebladh, D.R. (10 de diciembre de 1903). Presentation Speech for the 1903 Nobel Prize in Chemistry.
  32. ↑ «Über die von der molekularkinetischen Theorie der Wärme geforderte Bewegung von in ruhenden Flüssigkeiten suspendierten Teilchen». Annalen der Physik, 17,  1905, pàg. 549–60. 10.1002/andp.19053220806 [Consulta: 17 febrer 2010].
  33. ↑ «Mouvement brownien et réalité moléculaire». Annales de Chimie et de Physique, Plantilla:Ord Série, 18,  1909, pàg. 1–114. Extract in English, translation by Frederick Soddy.
  34. ↑ «The Radio-elements and the Periodic Law». Chemical News, 107,  1913, pàg. 97–99.
  35. ↑ «Rays of positive electricity». Proceedings of the Royal Society A, 89,  1913, pàg. 1–20. 10.1098/rspa.1913.0057.
  36. ↑ Söderbaum, H.G. (November 11, 1915). Statement regarding the 1914 Nobel Prize in Chemistry.
  37. ↑ «The constitution of atmospheric neon». Philosophical Magazine, 39, 6,  1920, pàg. 449–55.
  38. ↑ Söderbaum, H.G. (December 10, 1921). Presentation Speech for the 1921 Nobel Prize in Chemistry.
  39. ↑ Söderbaum, H.G. (December 10, 1922). Presentation Speech for the 1922 Nobel Prize in Chemistry.
  40. ↑ Oseen, C.W. (December 10, 1926). Presentation Speech for the 1926 Nobel Prize in Physics.
  41. ↑ «Atomic Weights and the International Committee—A Historical Review». Chemistry International, 26, 1,  2004, pàg. 4–7.
Obtingut de «https://ca.wikipedia.org/w/index.php?title=Quantitat_de_substància&oldid=36320679»