كمية المادة

في الكيمياء ، تُعرَّف كمية المادة (رمزها n ) في عينة معينة من المادة بأنها نسبة ( n = N / NA ) بين عدد العناصر الأولية ( N ) وثابت أفوجادرو ( NA ). وهي إحدى الكميات الأساسية السبع للنظام الدولي للوحدات ( _{SI ). وحدة قياس كمية} المادة في النظام الدولي للوحدات هي المول (رمزه: mol )، وهي وحدة أساسية . ^{[ 1 ]} منذ عام 2019، تم تعريف المول بحيث تكون قيمة ثابت أفوجادرو NA _مساوية تمامًا لـ6.022 140 76 × 10 ²³  مول ⁻¹ ، وهي وحدة قياس ماكروسكوبية ملائمة للاستخدام في الكيمياء على نطاق المختبر. عادةً ما تكون الكيانات الأولية جزيئات أو ذرات أو أيونات أو أزواج أيونية من نوع محدد. يمكن تحديد المادة المحددة التي تم أخذ عينة منها باستخدام رمز سفلي أو بين قوسين، على سبيل المثال، يمكن الإشارة إلى كمية كلوريد الصوديوم (NaCl) بـ n _NaCl أو n (NaCl) . في بعض الأحيان، يُشار إلى كمية المادة بالكمية الكيميائية أو، بشكل غير رسمي، بـ " عدد المولات " في عينة معينة من المادة. وقد تم إهمال المصطلح الأخير من قبل الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية (IUPAC) لأنه بالنسبة للمادة X ، فإن المعنى الصحيح لـ "عدد المولات" هو n (X) /مول. يمكن حساب كمية المادة في عينة من كميات مقاسة، مثل الكتلة أو الحجم ، بمعرفة الكتلة المولية للمادة أو الحجم المولي لغاز مثالي عند درجة حرارة وضغط معينين .

بسبب طريقة تعريف المول والدالتون ، فإن كتلة مول واحد من مركب كيميائي بالجرام تساوي تقريبًا كتلة جزيء واحد أو وحدة صيغة واحدة من المركب بالدالتون. على سبيل المثال، يبلغ متوسط ​​كتلة جزيء الماء الواحد حوالي 18.0153 دالتون، بينما يبلغ متوسط ​​كتلة مول واحد من الماء (الذي يحتوي على  يبلغ متوسط ​​كتلة جزيء الماء (6.022 × 140 × 76 × ^10²³ ) حوالي 18.0153 غرامًا. الكتلة المولية للنظير، مقاسة بالغرام لكل مول، تساوي تقريبًا العدد الكتلي . قبل إعادة تعريف المول في عام 2019، كانت هذه المساواة تامة بحكم التعريف بالنسبة للكربون-12 .

في الكيمياء، وبسبب قانون النسب المتعددة ، غالبًا ما يكون من الأنسب التعامل مع كميات المواد المُقاسة بالمولات، بدلاً من الكتل (بالغرامات) أو الأحجام (باللترات). على سبيل المثال، الحقيقة الكيميائية هي "  جزيء واحد من الأكسجين ( O₂)₂ ) سيتفاعل مع جزيئين منالهيدروجين(Hيمكن التعبير عن العبارة "لتكوين جزيئين من الماء (H₂O _{)" أيضًا على النحو التالي} : " يتفاعل مول واحد منالأكسجين₍₎الهيدروجين (H₂)_لتكوينمولينمولين منمولين من الماء". وبالمثل، يمكن التعبير عن هذه الحقيقة الكيميائية بدلالة الكتل على النحو التالي: "32.0غرام من الأكسجين (مول واحد من O₂) يتفاعل مع مولين من الهيدروجين (H₂) لتكوين مولين من الماء (مول واحد منO₂)    ₂ ) سيتفاعل مع ما يقارب 4.0 غرام من الهيدروجين (2 مول منH_٢ ) لتحضير ما يقارب ٣٦.٠ غرامًا من الماء (٢ مول منH₂O)(وتعتمد هذه الأرقام علىالتركيب النظائريللمواد المتفاعلة). أما من حيث الحجم، فتعتمد الأرقام على ضغط ودرجة حرارة المواد_{المتفاعلة}والناتجة،معالعلم أن حجم الغاز المثالي يتناسب طرديًا مع كميته بالمولات أو عدد جزيئاته عند ثبات درجة الحرارة والضغط. وللأسباب نفسها، غالبًا ما تُحدد تراكيز المواد المتفاعلة والناتجة في المحلولبالمولات لكل لتر، بدلًا منالغرامات لكل لتر.

تُعد كمية المادة مفهومًا مفيدًا أيضًا في الديناميكا الحرارية . فعلى سبيل المثال، يرتبط ضغط كمية معينة من غاز نبيل في وعاء ذي حجم معين، عند درجة حرارة معينة، ارتباطًا مباشرًا بعدد جزيئات الغاز (من خلال قانون الغاز المثالي )، وليس بكتلته.

لا ينبغي الخلط بين هذا المعنى التقني لمصطلح "كمية المادة" والمعنى العام لكلمة "كمية" في اللغة الإنجليزية . فقد يشير المعنى العام إلى قياسات أخرى كالكتلة أو الحجم، ^{[ 2 ]} بدلاً من عدد الجزيئات. وهناك مقترحات لاستبدال "كمية المادة" بمصطلحات أسهل تمييزًا، مثل " ممتلئ" ^{[ 3 ]} و "كمية متكافئة" . ^{[ 2 ]}

يوصي الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية (IUPAC) باستخدام "كمية المادة" بدلاً من "عدد المولات"، تماماً كما لا ينبغي تسمية كمية الكتلة "عدد (كيلوغرامات)". ^{[ 3 ]}

لتجنب الغموض، يجب تحديد طبيعة الجسيمات في أي قياس لكمية المادة: على سبيل المثال، عينة من 1  مول من جزيئات الأكسجين ( O₂ ) تبلغ كتلتها حوالي 32.00تبلغ كتلة عينة من 1 مولمن ذراتالأكسجين (O غرام. ^{[ 4 ] [ 5 ]}

The alchemists, and especially the early metallurgists, probably had some notion of amount of substance, but there are no surviving records of any generalization of the idea beyond a set of recipes. In 1758, Mikhail Lomonosov questioned the idea that mass was the only measure of the quantity of matter,^[12] but he did so only in relation to his theories on gravitation. The development of the concept of amount of substance was coincidental with, and vital to, the birth of modern chemistry.

• 1777: Wenzel publishes Lessons on Affinity, in which he demonstrates that the proportions of the "base component" and the "acid component" (cation and anion in modern terminology) remain the same during reactions between two neutral salts.^[13]
• 1789: Lavoisier publishes Treatise of Elementary Chemistry, introducing the concept of a chemical element and clarifying the law of conservation of mass for chemical reactions.^[14]
• 1792: Richter publishes the first volume of Stoichiometry or the Art of Measuring the Chemical Elements (publication of subsequent volumes continues until 1802). The term "stoichiometry" is used for the first time. The first tables of equivalent weights are published for acid–base reactions. Richter also notes that, for a given acid, the equivalent mass of the acid is proportional to the mass of oxygen in the base.^[13]
• 1794 : قانون بروست للنسب الثابتة يعمم مفهوم الأوزان المتكافئة ليشمل جميع أنواع التفاعلات الكيميائية، وليس فقط تفاعلات الحمض والقاعدة. ^{[ 13 ]}
• 1805 : نشر دالتون أول ورقة بحثية له حول النظرية الذرية الحديثة ، بما في ذلك "جدول الأوزان النسبية للجسيمات النهائية للغازات والأجسام الأخرى". ^{[ 15 ]}

  أثار مفهوم الذرات مسألة وزنها. وبينما شكك الكثيرون في حقيقة وجود الذرات، سرعان ما وجد الكيميائيون أن الأوزان الذرية أداة لا تقدر بثمن في التعبير عن العلاقات القياسية.

• 1808 : نشر كتاب دالتون "نظام جديد للفلسفة الكيميائية" ، والذي يحتوي على أول جدول للأوزان الذرية (بناءً على H = 1). ^{[ 16 ]}
• 1809 : قانون جاي-لوساك لدمج الأحجام ، والذي ينص على وجود علاقة عددية صحيحة بين أحجام المواد المتفاعلة والناتجة في التفاعلات الكيميائية للغازات. ^{[ 17 ]}
• 1811 : افترض أفوجادرو أن الأحجام المتساوية من الغازات المختلفة (عند نفس درجة الحرارة والضغط) تحتوي على أعداد متساوية من الجسيمات، وهو ما يُعرف الآن بقانون أفوجادرو . ^{[ 18 ]}
• 1813/1814 : نشر بيرزيليوس أول جدول من عدة جداول للأوزان الذرية بناءً على مقياس m (O) = 100. ^{[ 13 ] [ 19 ] [ 20 ]}
• 1815 : نشر بروت فرضيته القائلة بأن جميع الأوزان الذرية هي مضاعفات صحيحة للوزن الذري للهيدروجين. ^{[ 21 ]} تم التخلي عن هذه الفرضية لاحقًا نظرًا للوزن الذري المرصود للكلور (حوالي  35.5 بالنسبة للهيدروجين).
• 1819 : قانون دولونج-بيتيت الذي يربط الوزن الذري لعنصر صلب بسعة حرارته النوعية . ^{[ 22 ]}
• 1819 : سمح عمل ميتشرليخ حول التماثل البلوري بتوضيح العديد من الصيغ الكيميائية ، وحل العديد من حالات الغموض في حساب الأوزان الذرية. ^{[ 13 ]}
• 1834 : كلابيرون يضع قانون الغاز المثالي. ^{[ 23 ]}

  كان قانون الغاز المثالي أول قانون يُكتشف من بين العديد من العلاقات التي تربط عدد الذرات أو الجزيئات في نظام ما بخصائصه الفيزيائية الأخرى، بصرف النظر عن كتلته. ومع ذلك، لم يكن هذا كافيًا لإقناع جميع العلماء بوجود الذرات والجزيئات، إذ اعتبره الكثيرون مجرد أداة مفيدة للحساب.

• 1834 : وضع فاراداي قوانينه الخاصة بالتحليل الكهربائي ، وعلى وجه الخصوص أن "الفعل الكيميائي للتحلل الناتج عن التيار الكهربائي يكون ثابتًا لكمية ثابتة من الكهرباء ". ^{[ 24 ]}
• 1856 : استنتج كرونيغ قانون الغاز المثالي من النظرية الحركية . ^{[ 25 ]} ونشر كلاوزيوس اشتقاقًا مستقلًا في العام التالي. ^{[ 26 ]}
• 1860 : ناقش مؤتمر كارلسروه العلاقة بين "الجزيئات الفيزيائية" و"الجزيئات الكيميائية" والذرات، دون التوصل إلى توافق في الآراء. ^{[ 27 ]}
• 1865 : قام لوشميدت بأول تقدير لحجم جزيئات الغاز، وبالتالي عدد الجزيئات في حجم معين من الغاز، وهو ما يُعرف الآن بثابت لوشميدت . ^{[ 28 ]}
• 1886 : يوضح فان هوف أوجه التشابه في السلوك بين المحاليل المخففة والغازات المثالية.
• 1886 : لاحظ يوجين جولدشتاين أشعة الجسيمات المنفصلة في تفريغات الغاز، مما وضع الأساس لعلم قياس الطيف الكتلي ، وهي أداة استخدمت لاحقًا لتحديد كتل الذرات والجزيئات.
• 1887 : يصف أرهينيوس تفكك الإلكتروليت في المحلول، مما يحل إحدى المشكلات في دراسة الخصائص التجميعية. ^{[ 29 ]}
• 1893 : أول استخدام مسجل لمصطلح المول لوصف وحدة قياس كمية المادة من قبل أوستوالد في كتاب جامعي. ^{[ 30 ]}
• 1897 : أول استخدام مسجل لمصطلح "الخلد" في اللغة الإنجليزية. ^{[ 31 ]}
• مع مطلع القرن العشرين ، أصبح مفهوم الكيانات الذرية والجزيئية مقبولاً على نطاق واسع، لكن بقيت العديد من التساؤلات، لا سيما حجم الذرات وعددها في عينة معينة. وقد ساهم التطور المتزامن لتقنية قياس الطيف الكتلي ، الذي بدأ عام ١٨٨٦، في دعم مفهوم الكتلة الذرية والجزيئية، ووفر أداة للقياس النسبي المباشر.
• 1905 : ورقة أينشتاين حول الحركة البراونية تبدد أي شكوك متبقية حول الواقع الفيزيائي للذرات، وتفتح الطريق لتحديد دقيق لكتلتها. ^{[ 32 ]}
• 1909 : بيرين يصوغ اسم ثابت أفوجادرو ويقدر قيمته. ^{[ 33 ]}
• 1913 : اكتشاف نظائر العناصر غير المشعة ^بواسطة سودي ^{[ 34 ]} وتومسون . ^{[ 35} ]
• 1914 : حصل ريتشاردز على جائزة نوبل في الكيمياء لـ "تحديداته للوزن الذري لعدد كبير من العناصر". ^{[ 36 ]}
• 1920 : اقترح أستون قاعدة الأعداد الصحيحة ، وهي نسخة محدثة من فرضية براوت . ^{[ 37 ]}
• 1921 : حصل سودي على جائزة نوبل في الكيمياء "لعمله في كيمياء المواد المشعة وأبحاثه في النظائر". ^{[ 38 ]}
• 1922 : حصل أستون على جائزة نوبل في الكيمياء "لاكتشافه النظائر في عدد كبير من العناصر غير المشعة، ولقاعدته الخاصة بالأعداد الصحيحة". ^{[ 39 ]}
• 1926 : حصل بيرين على جائزة نوبل في الفيزياء ، جزئياً لعمله في قياس ثابت أفوجادرو. ^{[ 40 ]}
• 1959 / 1960 : تم اعتماد مقياس وحدة الكتلة الذرية الموحد القائم على m ( ¹² C) = 12  u من قبل الاتحاد الدولي للفيزياء البحتة والتطبيقية (IUPAP ) والاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية (IUPAC) . ^{[ 41 ]}
• 1968 : أوصت اللجنة الدولية للأوزان والمقاييس (CIPM) بإدراج المول في النظام الدولي للوحدات (SI) . ^{[ 42 ]}
• 1972 : تم اعتماد المول كوحدة أساسية في النظام الدولي للوحدات لقياس كمية المادة. ^{[ 42 ]}
• 2019 : أعيد تعريف المول في النظام الدولي للوحدات بأنه "كمية المادة في النظام التي تحتوي على6.022 140 76 × 10 ²³ كيانات أولية محددة". ^{[ 1 ]}

• النظام الدولي للكميات
• كمية المادة