Mol (mol)
Definition, realisering och substansmängd inom det internationella enhetssystemet
Substansmängd är en grundläggande storhet inom kemi, fysik och materialvetenskap. Den används för att kvantifiera hur många elementära entiteter – såsom atomer, molekyler, joner eller andra partiklar – som ingår i ett system. SI-enheten för substansmängd är mol. Trots sin centrala roll i naturvetenskaperna är det ofta oklart hur mol egentligen definieras och hur denna definition relaterar till massa och antal partiklar.
Den moderna definitionen av mol är inte längre kopplad till någon viss massa eller kemisk referens, utan till ett exakt antal elementära entiteter. För att förstå detta är det, liksom för övriga SI-basenheter, nödvändigt att skilja mellan definition, realisering och praktisk användning.
Molens definition i SI-systemet
Sedan 2019 är mol definierad inom det internationella enhetssystemet (SI) enligt följande princip:
Mol är SI-enheten för substansmängd. Den definieras genom att Avogadros konstant Nₐ ges det exakta numeriska värdet
6,022 140 76 × 10²³ mol⁻¹.
Detta innebär att:
En mol innehåller exakt 6,022 140 76 × 10²³ elementära entiteter.
Den elementära entiteten måste alltid specificeras och kan exempelvis vara en atom, molekyl, jon, elektron eller annan partikel.
Mol är därmed en räkneenhet, analog med begrepp som dussin, men med ett mycket större och exakt fastställt antal.
Historisk bakgrund och SI-reformen 2019
Före 2019 var mol definierad indirekt genom koppling till kilogrammet. En mol definierades som den substansmängd som innehåller lika många elementära entiteter som det finns atomer i 0,012 kilogram kol-12.
Denna definition band samman mol och kilogram på ett sätt som gjorde substansmängden beroende av massenheten. Vid SI-reformen 2019 infördes i stället en direkt definition genom ett exakt värde på Avogadros konstant.
Övergången innebar ett principiellt klargörande: mol är nu en ren räkneenhet, oberoende av massa, medan sambandet mellan mol och kilogram i stället beskrivs genom molmassa.
Definition, realisering och användning
Även för substansmängd är det viktigt att skilja mellan tre nivåer:
Definitionen anger vad mol är i principiell mening och är knuten till Avogadros konstant.
Realiseringen avser hur substansmängd kan bestämmas experimentellt i praktiken.
Användningen avser hur mol används i kemi, fysik, biologi och teknik.
Realisering av mol
Till skillnad från meter, sekund och kilogram realiseras mol inte genom ett specifikt mätinstrument. I praktiken bestäms substansmängd genom räkning av entiteter indirekt, vanligen via massa, volym eller elektrisk laddning, i kombination med kända fysikaliska och kemiska samband.
Det centrala sambandet är relationen mellan substansmängd n, massa m och molmassa M:n=Mm
Molmassan M uttrycks i enheten kg·mol⁻¹ och är en egenskap hos den aktuella substansen.
Avogadros konstant och antal partiklar
Avogadros konstant anger antalet elementära entiteter per mol och utgör länken mellan den mikroskopiska världen (enskilda partiklar) och den makroskopiska världen (mätbara mängder).
Genom att fixera värdet på Avogadros konstant har SI-systemet gjort substansmängd till en exakt räknestorhet, på samma sätt som sekunden är kopplad till ett exakt antal atomära svängningar.
Molens relation till massa och kilogrammet
Även om mol inte längre definieras via kilogrammet, finns ett nära samband mellan substansmängd och massa. Detta samband uttrycks genom molmassan, som i sin tur är relaterad till atom- och molekylmassor.
Exempelvis har kol-12 per definition en molmassa på exakt 12 g·mol⁻¹. För andra ämnen bestäms molmassan genom mätning och tabuleras med hög noggrannhet.
Kilogrammet och mol är därmed inte längre definitionsmässigt kopplade, men är praktiskt sammanlänkade genom molmassor.
Molens roll i härledda storheter
Mol ingår i flera härledda SI-storheter, exempelvis:
- molar koncentration (mol·m⁻³),
- molar energi (J·mol⁻¹),
- molar värmekapacitet (J·mol⁻¹·K⁻¹).
En tydlig och konsekvent definition av mol är därför central för kemisk termodynamik, reaktionskinetik och materialvetenskap.
Praktisk användning av mol
I praktisk kemi används mol för att:
- balansera kemiska reaktioner
- beräkna reaktionsutbyten
- koppla experimentella massor till kemiska ekvationer
Genom molbegreppet blir det möjligt att arbeta med mycket stora antal partiklar på ett systematiskt och hanterbart sätt.
Sammanfattning
Mol är i dag definierad som ett exakt antal elementära entiteter och utgör därmed en ren räkneenhet inom SI-systemet. Genom fixeringen av Avogadros konstant har substansmängden frikopplats från massenheten kilogram, vilket har klargjort molens roll och stärkt den logiska strukturen i SI-systemet.
Mol fungerar som en brygga mellan den mikroskopiska och den makroskopiska världen och är en oumbärlig storhet inom kemi, fysik och relaterade vetenskaper.