本週，薩姆·基恩將帶我們了解一些極其精確的標準——米、秒和其他國際標準單位——以及元素在漫長的歷史中對這些標準進行定義、重新定義和再次重新定義的過程中所發揮的作用。
我們都對米或秒的概念有直觀的了解，就連坎德拉似乎也很容易理解。但摩爾就不同了，它可能是最初最難掌握的公制單位。
我的高中老師有個用魔鬼氈做的囓齒動物模型，她會把它拆開來幫助我們形象化地理解——那是一隻“鼴鼠”，可以從不同的位置拆下來，然後再粘回去，用來演示半隻鼴鼠、四分之一隻鼴鼠等等。我不確定這有沒有用。
摩爾本質上是衡量物質數量的單位，但它的測量方式很巧妙。假設你想生產硫化鈣（CaS），而你身處在一個競爭非常激烈的產業，鈣和硫都不能浪費。這意味著你需要等量的鈣和硫混合在一起。但在這裡，如何定義「數量」就變得棘手了，因為硫原子比鈣原子含有更少的質子和中子，因此質量也更小。所以，如果你有十公斤的鈣和硫，實際上你擁有的硫原子數量遠遠超過了所需數量。摩爾解決了這個問題：它提供了一種方法，可以將公斤（或其他單位）轉換為與亞反應的X的量。在這種情況下，你需要混合1摩爾的每個元素才能獲得完美的產率。
過去，摩爾的國際定義是基於氧和氫等常見元素，但自 1960 年以來，科學家將一摩爾定義為 12.0000… 克碳-12 中所含原子的數量。但實際上，這個定義掩蓋了一些問題──它弄虛作假。
你可能還記得一個與摩爾相關的數字，阿伏伽德羅常數－一摩爾物質總是含有 6.022141793… x 10²³ 個粒子。這是一個極其龐大的數字。假設我們平均每年有三千萬秒，每秒數一個原子，那麼要數完這麼多原子需要兩千億億年，超過宇宙年齡的一百萬倍。所以，雖然你知道你剛好有一摩爾碳十二，但你對它究竟有多少個原子卻只有個大概的概念：因為在 6.022141793… 的省略號後面，剩下的就只能靠猜測了——而且小數點後還有很多位。
此外，如果你一直隱隱覺得「摩爾」這個詞聽起來有點多餘——因為「物質的量」和「物質的質量」非常相似——那麼你的感覺是對的。事實上，與原子計數相關的問題甚至導致了我們在定義最後一個計量單位——公斤——時遇到的更大難題。
明天請繼續收看我們探索科學基本準則系列的最後一集。本系列由薩姆·基恩撰寫，他也是《消失的湯匙》一書的作者——該書收錄了一系列隱藏在元素週期表中的奇趣故事。
