物質量（化学量）：定義・モル・アボガドロ定数

定義と基本的な関係

定義により、物質量 n は基本粒子数 N をアボガドロ定数 NAで割った値に等しい。2019年のSI改定以降、NAは 6.02214076×1023 mol−1という正確に定められた固定値を持つ。したがって、n = N/NAであり、逆に N = n・NAとなる。ゆえに1モルには、指定された粒子が正確に6.02214076×1023個含まれる。

モルは歴史的には、同位体炭素12の0.012 kgを基準として定義されていた。しかし現行の方法では、NAの数値を固定してモルを定義する。一方、アボガドロ数は、この粒子数を表す数値の一般的な名称である。関連する用語であるアボガドロ定数は、単位 mol−1をもつ定数を指す。

実用的な関係式と単位

物質量は、簡単な関係式によって他の実験上の量と結び付く。質量 m、物質量 n、モル質量 M の間には、m = n × M が成り立つ。Mは物質1モルの質量に数値的に等しく、通常はグラム毎モル（g・mol−1）で表される。濃度 c は単位体積当たりの物質量であり、c = n / V と表す。これらの関係により、化学者は測定した質量、体積および粒子数の間を換算できる。

• n = N / NA
• N = n・NA
• m = n・M
• c = n / V

歴史と用語

粒子を集合的な単位で数えるという概念は、原子論と化学量論が発展した19世紀から20世紀初頭にかけて形成された。「モル」という名称は、ドイツ語の「Mol」に由来し、化学量の実用単位として定着した。正式な定義は時代とともに変化してきた。以前の炭素12基準は実験的な基準点を与えたのに対し、2019年のSI再定義ではアボガドロ定数を固定し、モルに正確な数値を与えた。

用途、例、および重要性

物質量は、化学、物理学および関連分野における化学量論、平衡計算、定量分析の中心的な概念である。例えば、水分子1モルの質量は約18.015 gであるため、化学者は反応物を秤量し、生成物の収量を予測できる。電気化学では、移動する電子の物質量がファラデーの法則を通じて電荷を決定する。材料科学では、粒子数は欠陥密度やドーパント濃度と関係する。

区別と注目すべき事項

物質量は質量とも、単なる整数としての粒子数とも異なる。それは、どの種類の粒子を数えるかに依存する、測定または計算される量である。モルはSIの基本単位であり、原子スケールでの個数と巨視的な実験室測定との橋渡しをする。よくある混同として、モル質量の単位を質量の単位と同一視することがある。モル質量の単位は純粋な質量ではなく、モル当たりの質量である。

ここで扱った概念と標準については、基本粒子、国際単位系、モル、歴史的な炭素12基準（炭素12）、ならびにアボガドロ数およびアボガドロ定数の解説を参照。