數密度
數密度(符號: n或ρN )是用於描述可數物體(粒子、分子、聲子、細胞、星系等)在物理空間中的集中程度的密集量:三維體積數密度,二維面數密度,或一維線數密度。人口密度是面數密度的一個例子。術語數濃度(符號:小寫n或C ,以避免與大寫N表示的物質數量混淆)有時在化學中用於相同數量,特別是在與其他濃度進行比較時。
定義
[編輯]其中N是體積V中的對象總數。
這裏假設[2] N足夠大,以至於將計數四捨五入到最接近的整數不會引入太多錯誤,但是V被選擇得足夠小,以至於得到的n不太依賴於大小或形狀由於大尺度特徵,體積V。
面積數密度是單位面積指定物體的數量, A :
同樣,線數密度是每單位長度L中指定對象的數量:
單位
[編輯]在國際單位制中,數密度以 m -3為單位,但通常使用 cm -3 。在處理室溫和大氣壓下的氣體、液體或固體的原子或分子時,國際單位不太實用,因為所得的數字非常大(大約 10 20 )。以理想氣體在0 °C和1 atm的數密度作為衡量標準: n0 = 1 amg = 7774 × 1025 m−3 2.686通常作為一種數密度單位引入,對於任何物質在任何條件下(不一定限於0 °C和1 atm的理想氣體)。 [3]
與其他量的關係
[編輯]摩爾濃度
[編輯]對於任何物質,數密度可以用其量濃度c (以mol /m 3表示)表示為
其中NA是阿伏伽德羅常數。如果n和c中的空間尺寸單位米始終被任何其他空間尺寸單位替換,例如如果n以 cm -3為單位且c以 mol/cm 3為單位,或者如果n以L為單位,這仍然是正確的-1和c以 mol/L 為單位,等等。
質量密度
[編輯]對於具有明確定義的摩爾質量M (以kg /mol 為單位)的原子或分子,數密度有時可以用它們的質量密度ρ m (以 kg/m 3為單位)表示為
請注意,比率M / N A是單個原子或分子的質量,以 kg 為單位。
例子
[編輯]除非另有說明,下表列出了1 atm和20 °C下的數密度的常見示例。
材料 | 數密度, n | 量濃度 | 質量密度_ | 摩爾質量 | |
---|---|---|---|---|---|
(10 27 m -3 = 10 21 cm -3 ) | (毫克) | (10 3摩爾/米3 =摩爾/升) | (10 3 kg /m 3 = g /cm 3 ) | (10 -3公斤/摩爾=克/摩爾) | |
理想氣體 | 0.02504 | 0.932 | 0.04158 | 41.58 × 10 -6 M | 米 |
乾燥的空氣 | 0.02504 | 0.932 | 0.04158 | 1.2041 × 10 -3 | 28.9644 |
水 | 33.3679 | 1,241.93 | 55.4086 | 0.99820 | 18.01524 |
鑽石 | 176.2 | 6,556 | 292.5 | 3.513 | 12.01 |
另見
[編輯]- 柱狀數濃度
參考文獻
[編輯]- ^ 國際純化學和應用化學聯合會,化學術語概略,第二版。(金皮書)(1997)。在線校正版: (2006–) "number concentration"。doi:10.1351/goldbook.N04260
- ^ Clayton T. Crowe; John D. Schwarzkopf; Martin Sommerfeld; Yutaka Tsuji, Multiphase flows with droplets and particles: allelochemical interactions, CRC Press: 18, 2011 [2022-10-11], ISBN 9780429106392, doi:10.1201/b11103, (原始內容存檔於2022-01-30)
- ^ Joseph Kestin, A Course in Thermodynamics 2, Taylor & Francis: 230, 1979, ISBN 0-89116-641-6
- ^ For elemental substances, atomic densities/concentrations are used