混合物和溶液的组成标度和组成变量

化学通报１９９８年第７期ｒ……一’１ｋ……一ｌ化学教学ｌ混合物和溶液的组成标度和组成变量刘天和骆文仪”（北京理工大学化３２与材料学院１０００８１）关键词组成标度组成变量物理化学量计量单位化学摘要组成标度接５类逐一给出了名称、符号、定义和ｓＩ单位，并指出ｒ一些常见的错误。

按混合物和溶液讨论了组成，芟量的选择。

量纲一的量的ｓＩ单位１的字母符号问题也作了讨论。

人们根据长期科学实践形成了一套比较系统的组成标度，明确了不同情况下组成变量的合理选择。

这些都比较集中地反映在量和单位国际标准“】和国家标准ｏ－中。

为合理定义涉及化学特别是物理化学的组成标度，物理化学量制中必须选择一个化学的量作为基本量。

国际单位制（ｓＩ）所用量制选择的是基本单元（或单元）Ｂ的物质的量（ａｍｏｕｎｔｏｆｓｕｂｓｔａｎｃｅ）ｎｎ”１。

关于物质的量我们已作过讨论“］，并且根据近来在宣传贯彻国家标准中出现的问题，我们还将另文对物质的量及其有关问题作进一步的讨论，在这里只是提请读者注意，近来个别作者对物质的量作了一些不妥的解释，例如将物质的量这一名称中的物质（ｓｕｂｓｔａｎｃｅ）等同于与精神对立的一般意义的物质（ｍａｔｔｅｒ），将物质的量这一名称中的量（ａｍｏｕｎｔ）等同于一般意义的物理量（ｐｈｙｓｉｃａｌｑｕａｎｔｉｔｉｅｓ）中的量（ｑｕａｎｔｉｔｉｅｓ），并由此得出一系列不妥的结论。

物质的量是化学中的一个物理量，只能在化学学科中来解释。

实际上物理化学的一些奠基人在他们的经典著作中，特别是Ｌｅｗｉｓ和Ｒａｎｄａｌｌ在他们的著名教科书中”］，对物质，对量或物质的量的名称早已系统地应用。

物质的量中的物质是指化学和物理化学中所涉及的基本单元。

基本单元可以是原子、分子、离子、电子及其他粒子，或这些粒子的特定组合。

特定组合不必限于那些已知的或想像存在的独立单元，或含整数原子的组合。

例如÷Ｈ。

Ｏ，（Ｈ２＋÷Ｏ。

），（Ｈ２＋０．２３４０：），（ｏ．０７５６１．ｉ＋０．９２５７Ｌｉ），Ｃ（石墨），Ｃ（金刚石），ＨｇＣｌ（ｓ），Ｆｅ０９。

Ｓ（ｓ）．÷ＭｎＯ．（ａｑ），Ｔ１Ｈ。

ＳＯ。

（ａｉ）或（ＫＣｌ４－１２３．４Ｈ：Ｏ）（Ｉ）等虽然不能独立存在，有的也不是整数原子的组合，但它们都可作为基本单元。

物质的量这一名称中的量（ａｍｏｕｎｔ）是化学和物理化学中与基本单元数成比例的属性，它不同于基本单元的数目，也不同于其他任何物理性质（见２．１（４））。

本文在这些概念的基础上扼要讨论组成标度的定义和组成变量的选择。

希望通过这些讨论能有助于澄清一些混乱，并供读者在贯彻国家标准时参考。

１混合物和溶液按国家标准“３，组成标度的定义和组成变量的选择都与所讨论的相（ｐｈａｓｅ）作为混合物（ｍｉｘ—ｔｕｒｅ）还是怍为溶液（ｓｏｌｕｔｉｏｎ）有关。

所谓混合物是指含有一种以上物质的气体相、或液体相或固体相，在物理化学特别是化学热力学中将各组成物质（组元）按相同的方法处理。

在不必指明具体物质时用Ｂ代表混合物中所讨论的物质。

所谓溶液是指含有一种以上物质的液体相或固体相．为方便宴Ｕ天和男．６８岁．教授，垒国量和单位标准化技术委员会副主任委员兼物理化学和分于物理学分委员会主任委员。

＊联系人１９９８—０２ｔ１６收稿·１９９８一０４２０修回　万方数据化学通报１９９８年第７期将其中的一种（或一种以上）物质称为溶剂（ｓｏｌｖｅｎｔ）．其他物质称为溶质（ｓｏｌｕｔｅ）。

溶剂和溶质按不同的方法处理。

在不必指明具体的溶剂和溶质时用Ａ和Ｂ分别代表溶液中所讨论的溶剂和溶质。

２组成标度化学中定量表示组成的标度，大体分为五类“］。

这些标度一般都是已习惯的表示组成的物理量，都有严格的定义和约定的使用范围。

２．１名称中含有“比”的标度实际工作中特别是实验室工作中，有时用“比（ｒａｔｉｏ）”表示组成比较方便。

一般用到的名称中含有“比”的标度有下列四种：（１）组元ｉ与组元ｊ的质量比（ｍａｓｓｒａｔｉｏ）｝。

，‰兰ｍ，／ｍ。

，式中ｍ为质量。

（２）组无ｉ与组元Ｊ的体积比（ｖｏｌｕｍｅｒａｔｉｏ）ｐ。

，以．，些Ｖ：／Ｖ：，式中ｙ为体积，加上角标’是为将其与ｉ和ｊ的偏摩尔体积¨和ｙ。

相区别。

（３）溶质Ｂ与溶剂Ａ的摩尔比（ｍｏｌｅｒａｔｉｏｏｆｓｏｌｕｔｅＢｔｏｓｏｌｖｅｎｔＡ）ｒｅ，ＹＢ（－－ｒ。

）兰一ｎ／ｎｎ，式中ｎ为物质的量。

名称中的“摩尔（ｍｏｌｅ）”是沿用了历史上的用法，含义是物质的量，不应将它与单位摩尔相混淆。

国家标准已将摩尔比专门用来表示溶液组成的物理量之一，称为溶质Ｂ的摩尔比（ｍｏｌｅｒａｔｉｏｏｆｓｏｌｕｔｅＢ）或溶质Ｂ的物质的量比（ａｍｏｕｎｔ—ｏｆ—ｓｕｂ—ｓｔａｎｃｅｒａｔｉｏｏｆｓｏｌｕｔｅＢ）。

（ｄ）溶质Ｂ与溶剂Ａ的数比（ｎｕｍｂｅｒｒａｔｉｏｏｆｓｏｌｕｔｅＢｔｏｖｏｌｖｅｎｔＡ）Ｒｓ，Ｒ。

（一凡，。

）兰Ⅳ。

／｜Ⅳ。

，式中Ⅳ为单元的数目。

也可称为溶质Ｂ的数比。

由于任何单元Ｂ的物质的量ｎ。

均比例于相应单元Ｂ的数目Ⅳ。

，比例系数对所有单元均相同，为阿伏加德罗常数Ｌ的倒数．即ｎＢ一（１／Ｌ）Ｎｎ，因此尺。

与ＦＢ（溶质Ｂ的摩尔比）相等，实用中可不必定义ＲＢ而只用ｒＢ。

这些“比”量均为量纲一的量。

在实验工作中往往表示成简单数字之比。

例如ｇ（ｃｚＨ；ＯＨ，Ｈｚ０）一１．８４：１≈１１：６。

２．２名称中含有“分数”的标度与“比”对应，名称中含有“分数”的标度有四种：（１）Ｂ的质量分数（ｍａｓｓｆｒａｃｔｉｎｏｆＢ）ＷＢ，”。

些ｍ。

／ｍ。

式中ｍ。

为单元Ｂ的质量，ｍ为混合物的质量。

一些出版物还在使用不妥的名称和符号，例如乙醇与水的混合物中乙醇的质量分数Ｗ（ｃ。

Ｈ。

ＯＨ），一些作者不妥地称为“乙醇的质量百分数”或“乙醇的重量百分数”，并常不妥地表示成ｃ。

Ｈ。

ＯＨ％，或Ｗ（ＣｚＨ。

ＯＨ）％，或Ⅵ，ｃ＾ＯＨ％，或将ｗ（Ｃ。

Ｈ。

ＯＨ）＝０．０３１５—３．１５％不妥地表示成３．１５％（ｍ／ｍ）。

具体单元的化学式不应作为下角标。

（２）Ｂ的体积分数（ｖｏｌｕｍｅｆｒａｃｔｉｏｎｏｆＢ）仕，铀兰ｚＢｖ鲁．Ｂ／暑ＡｚＡＶ：，Ａ，式中Ｖ：，Ａ和Ｖ二，Ｂ分别为与混合物相同的温度和压力时纯Ａ和纯Ｂ的摩尔体积（上角标‘表示“纯的”），ＸＡ和ｚａ分别为混合物中Ａ和Ｂ的摩尔分数，∑一ｚ—Ｋ，。

为每物质的量的混合物的各组元Ａ在混合以前的体积总和，而ｚ。

ｙ二．。

为混合以前相应纯Ｂ的体积。

上述定义也可写成仲竺％’／∑ｎＶ；７，式中ｙｊ’和％７分别为混合以前纯Ａ和纯Ｂ的体积，加上角标７是为将其与Ａ和Ｂ的偏摩尔体积相区别（参阅２．１（２））。

有些作者将∑一ｚ。

矿：．“或∑一Ｋ‘错误地解释为混合以后所得混合物的体积。

混合以前各纯组元的体积之和与混合以后所得混合物的体积，一般都是不相等的。

例如，２０‘ｃ和１０１．３２５ｋＰａ时将７０ａｍ３的乙醇与３０ｃｍ３的水混合得混台物（乙醇＋水）的体积Ｖ为９６．８ｃｍ３，则Ｐ（ｃｚＨｓＯＨ）＝７０ｃｍ３／１００ｅｎｌ３—０．７０—７０％，如果按错误的定义，则得７０ｃｍ３／９６．８ｅｍ３＝０．７２３，这显然是不对的。

错误的定义还会引起另一个问题，即会将Ｂ的体积分数铀与Ｂ的体积浓度ａｎ混淆（见下面２．３（２））。

有些作者将９（ｃ。

Ｈ；ＯＨ）一７０％不妥地表示成７０％（ｖ／ｇ）。

（３）Ｂ的摩尔分数（ｍｏｌｅｆｒａｃｔｉｏｎｏｆＢ）或Ｂ的物质的量分数（ａｍｏｕｎｔ—ｏｆ—ｓｕｂｓｔａｎｃｅｆｒａｃｔｉｏｎｏｆＢ）ｘＢ，（蛳），ｚＢＮｎＢ肪．式中ｎＢ为Ｂ的物质的量，ｎ为混合物的物质的量。

名称中的摩尔，同样是沿用了历史［：的用法，它的含义是　万方数据化学通报１９９８年第７期物质的量，不应将它与单位摩尔混淆。

一些作者将ｘ（Ｃ。

ＨｓＯＨ）一０．４１９—４１．９％，错误地表示成“ｃ２Ｈ５０Ｈ的庠尔分数一０．４１９”或ｍｏｌ％（ｃ：Ｈ，ＯＨ）＝４１．９％。

（４）Ｂ的数分数（ｎｕｍｂｅｒｆｒａｃｔｉｏｎｏｆＢ）Ｘ。

，Ｘ。

竺Ｎ。

／Ｎ，式中Ⅳａ为单元Ｂ的数目，Ⅳ为混合物中的单元数目。

由于２．１（４）中所述的原因，Ｂ的数分数ｘ。

与Ｂ的摩尔分数相等．实用中可不必定义ｘｅ而只用ｚｅ。

以上四个含有“分数”的量都属于量纲一的量，ｓＩ单位为一（ｏｎｅ），符号为ｌ（一般不明确写出），数值只能处于ｏ～１之间。

按国家标准，可用％代替数字因子０．０１。

例如２．２（１），ｗ（Ｃ。

Ｈ；ＯＨ）＝０．０３１５×ｌ（乘号×后的ｌ为ｓＩ单位，一般不明确写出）一３．１５×０．０１—３．１５％。

有作者将％看作为表示０．叽×１的符号，即看作为ｓＩ单位ｌ的一个分数单位”］。

对此应持慎重态度。

对于一般量纲一的量的ｓＩ单位１，国际上一直在讨论是否给它一个字母符号，给它哪个字母符号。

Ｍｉｌｌｓ建议用Ｉ作为ｌ的字母符号”Ｊ。

此建议的缺点是引入大写字母作为并非来源于人名名称的单位符号，破坏了ｓＩ单位的符号原则。

我们认为可选择一个小写字母作为替换符号，例如选择ｙ（ｙ为一的汉语拼音ｙｉ的首字母）或其他语种的小写字母。

此问题的最终解决还需要一段时间。

至于以‰代替ｌｏ，以ｐｐｍ代替１０－６等，文件Ｅｌｉ和［２］均反对这种用法，今后在科学技术中不应再使用。

２．３名称中含有“浓度”的标度这里所谓的“浓度（ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓ）”是指混合物组元Ｂ的广度性质（质量ｙＪ／ｅ，或体积现，或物质的量ｎＢ或数目ＮＢ）与混合物的体积ｙ之比。

（１）Ｂ的质量浓度（ｍａｓｓｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｏｆＢ）阳，风些ｍＢ／ｖ。

ＳＩ单位为ｋｇ·ｍ一。

（２）Ｂ的体积浓度（ｖｏｌｕｍｅｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｏｆＢ）如，晚竺％∥。

为量纲一的量，ｓｌ单位为１。

有些作者将此量与Ｂ的体积分数仕相混淆（参阅２．２（２））。

建议读者在使用或碰到此两量时仔细搞清楚它们的定义，并且建议在一般情况下尽可能不用体积浓度如。

（３）Ｂ的物质的量浓度（ａｍｏｕｎｔ—ｏｆ—ｓｕｂｓｔａｎｃｅｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｏｆＢ）ｆＨ，ｃＲ竺ｎＢ／Ｖ。

ＳＩ单位为ｍｏｌ·ｍ～，常用单位为ｍｏｌ·ｄｍ３或ｍｏｌ·Ｌ。

由于升（Ｌ）为（与ｓ１并用的）非ｓＩ的单位，且历史上有不同的定义，１９６４年第１２届ＣＧＰＭ决议中规定高准确度的体积测量结果不要用升表示。

１。

像国际学报［９］，已规定非ｓ１的单位不要与ｓＩ的单位构成组合单位，对于此量要求使用单位ｍｏｌ·ｄｍ。

在不致产生误解时，Ｂ的物质的量浓度可沿用历史上的名称，称为Ｂ的浓度（ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｏｆＢ）。

以前在英文中常将此量称为“ｍｏｌａｒｉｔｙ”，相应的中文名称为“体积克分子浓度”或“体积摩尔浓度”，且用Ｍ代表ｍｏｌ·Ｌ；以前有（现在仍有）一些出版物将此量称为摩尔浓度（ｍｏｌａｒｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ），而且也常以Ｍ代表ｍｏｌ·Ｌ～：这些名称和符号均未为ＩＵＰＡＣ口…、国际标准“、国家标准”１所采用。