本周，Sam Kean 探讨了一些极其精确的标准——米、秒以及其他国际标准单位——以及元素在历代定义、重新定义和再重新定义这些单位中所起的作用。
我们都能凭直觉理解“米”或“秒”是什么，甚至“坎德拉”也显得相当直接。而“摩尔”则有所不同，可能是初次接触最难理解的公制标准。
我高中的老师曾有一个魔术贴材质的“老鼠”，她会把它拆开来帮助我们可视化——一个“摩尔”可以分成不同的部分，再重新组合起来，来说明半摩尔、四分之一摩尔等等。我不确定这是否有帮助。
基本上，摩尔用来衡量物质的量，但它以一种巧妙的方式衡量。假设你想制造硫化钙 (CaS)，而且你从事一个竞争非常激烈的行业，不允许浪费任何钙或硫。这意味着你需要等量的两者混合在一起。但定义“量”在这里变得棘手，因为一个硫原子比一个钙原子拥有更少的中子和质子，因此重量也更轻。所以如果你有十公斤的钙和十公斤的硫，你实际拥有的硫原子会远超所需。摩尔解决了这个问题：它提供了一种从千克（或其他单位）转换为能与Y反应的X的量的途径。在这种情况下，你会想要混合各一摩尔的元素，以获得完美的产率。
过去，摩尔的国际定义是基于像氧和氢这样的常见元素，但自1960年以来，科学家们将一摩尔定义为12.0000…克碳-12中原子的精确数量。但实际上，这个定义掩盖了一些困境——它有点“打马虎眼”。
你可能还记得与摩尔相关的数字，即阿伏伽德罗常数：一摩尔总是包含6.022141793… x 10^23个粒子，无论是什么物质。这是一个绝对巨大的数字。如果每秒数一个原子，按照你一年平均三十万秒来计算，数到这个数字需要两千万亿年，比宇宙的年龄还要大一百万倍。所以，虽然你可能知道你恰好有一摩尔的碳十二，但你只对它有多少原子有一个模糊的概念：因为在6.022141793…后面的省略号，谁也不知道确切的数字——小数点后面还有很多位。
更重要的是，如果你一直怀疑，这个“摩尔”听起来有点多余——因为“物质的量”与“物质的质量”很相似——那么你是对的。事实上，与原子计数相关的问题导致了我们在定义最后一个我们将要讨论的标准——千克——时遇到了更大的困难。
明天请继续关注我们探索科学运行标准的最后一篇文章。本系列由《消失的勺子》(The Disappearing Spoon) 的作者Sam Kean撰写——这本书收集了元素周期表中隐藏的有趣和奇特的趣事。
