摘要：2018年11月，度量衡大会第26次会议批准了对国际单位制度(̀MeInternational，SI)的修订。在化学教学中，修正所有七种基本单位的定义有什么意义？（1）基本单位的名称或相应的物理量没有变化，基本单位的值也没有变化（2）摩尔被正式定义为初等实体的一个确定数(6.02214076×1023)（3）通过设置Planck常数的固定值来定义公斤（4）以前认为精确的某些量现在具有较小的不确定性，反之亦然。
关键词：入门化学；基本单位；计量
引言
2018年11月，度量衡大会第26次会议批准了对国际单位体系(SystemèMeInternational，SI)的修订，将于2019年5月20日生效。这一修正被称为“新SI”，为所有七个SI基本单位制定了明确的常数定义，并为四个重要的物理常数重新确定了数值。以普朗克常数(H)、Avogadro常数(NA)、基本电荷(E)和Boltzmann常数(K)为基础，分别定义了四个基本单位：公斤(公斤)、摩尔(摩尔)、安培(A)和开尔文(K)[1]。其他三个基本单位的定义，第二个(S)，米(M)，和坎德拉(CD)也被修改，以明确的常量形式重铸。修订工作已经进行了十多年，主要是因为在国际度量衡局维护的铂铱块——国际原型公斤（IPK）发生了细微的差异改变。与此同时，各种领域的技术进步降低了基本常数(如h和NA)的不确定性，使千克可以更精确地用其中一个常数来定义。计量学界重新构建了一个系统，在这个系统中，所有七个基本单位都是根据自然常数(包括几个基本常数)来定义的。这篇论文的重点是那些影响高中和本科化学课程的数量和概念的修订。
没有改变的
鉴于修订工作已经进行了十多年，并且涉及到多项国际研究工作和科学机构，值得注意的是，哪些内容没有改变。基本单位名称及其对应的物理量均未更改。为了达到教育设置中通常使用的精度(例如6位或更少的有效数字)，基本单位或与之相关的常数的值没有发生变化，教学实验室中进行测量的实际程序也没有发生变化。
化学单位
用新固定常数定义的所有四个单位都与化学有关，即摩尔、千克、开尔文和安培；然而，化学家们对这一修正的关注大多集中在摩尔和千克上。
摩尔是一种特殊的SI基单位，它来自于化学，主要被化学家使用。修正后的摩尔被正式定义为指定数量的基本实体。新定义是：摩尔，符号mol，是物质的量的SI单位[2]。一个摩尔恰好包含6.02214076×1023个基本单元。这个数字是阿伏伽德罗常数NA的固定数值，用摩尔-1表示。系统的物质的量(符号n)是对特定基本实体数量的度量。基本实体可以是原子，分子，离子，电子，任何其他粒子或指定的粒子组。
修正后的定义比旧的定义更符合一段时间以来许多教科书中描述摩尔的方式。也就是说，新的定义比以前的定义更符合许多化学家、化学教师和化学学生对摩尔的理解，之前是将摩尔指定为具有与0.012千克C12一样多的基本实体的物质的量。新定义还认可阿伏伽德罗常数，摩尔是SI基本单位的物理量继续被称为“物质的量”。
千克是与化学教育最相关的SI基本单位，仅次于摩尔，尤其是在入门阶段，因为天平是教学实验室中最早、使用最频繁的仪器之一。现在是通过为普朗克常数设定一个固定值来定义的：千克，符号kg，是质量的SI单位。它的定义是取普朗克常数h的固定数值为6.62607015×10−34，单位为Js，等于kgm2s−1。米和秒已经定义好了。
因此，修订将千克从概念上最简单的SI单位之一转换为最复杂的单位之一。可以肯定的是，旧的工件对于精确的工作有严重的缺点，重新定义的主要考虑因素是正确的精确而不是教学的清晰度。尽管如此，IPK对千克的定义在教学上还是有优势的，即把计量的概念作为与标准的比较，非常直接地体现出来。
通过使用代数求解1kg，可以正式明确新定义：
这个公式比上面的官方解释-常数版本更直接，但由于几个原因，在教学上仍然相当不充分。首先，这是非常抽象的，因此，对于那些主要在具体操作阶段学习的学生来说，引用皮亚杰的智力发展阶段是不可能有任何意义的。即使对处于正式运算阶段的学生来说，这个方程也不是很好的教学方法，因为它定义了一个应该是熟悉的量——千克，却用一个不太熟悉的量——普朗克常数来表示。然而，这个方程仍然比用任何概念方式将普朗克常数与质量联系起来所需要的物理学要简单得多。
修正后的千克定义遭到了一些化学家的反对，部分原因是教学上的，部分原因是用微观不变量(如质量为12C或28Si)来定义千克，似乎是一种更直接、更合乎逻辑的选择。然而，这样的争论并没有说服计量学界。此次修订1千克还是原来的1千克，但是提高基本单元的整体稳定性和实用性[3]。
温度是与化学和化学教育相关的另一个物理量。修订后的SI通过将玻尔兹曼常数的值固定为1.380649×10-23JK-1来定义开尔文，即热力学温度的单位。用米、公斤和秒来表示焦耳，这些都是先前定义的，开尔文可以明确地正式定义，就像上面的千克一样。把开尔文和玻尔兹曼常数联系起来的物理并不像把千克和普朗克常数联系起来那么复杂；然而，它仍然属于物理化学领域，而不是普通化学或高中化学。然而，在化学入门课程中，老师可能会把温度与气体定律和气体常数联系起来。除了作为化学导论内容的一部分，与气体定律的联系还概括了绝对温度概念的一些历史路径。
定义被修改的另一个SI基本单元是安培（A），电流的单位。与电荷密切相关的量在基本化学中比在电流中出现得更频繁，因此修正通过了基本单位安培影响导出单位库仑的定义。该修订版通过将基本电荷的值e固定为1.602176634×10-19（以单位库仑C表示）来定义安培，其等于安培乘以秒（As）。从概念上讲，修正后的SI电荷单位要比以前简单得多，当时SI电荷单位是由携带标准电流的理想导体施加在真空上的特定磁力来定义的。
结论
最近被CGPM批准的SI的修订不会导致化学教学中使用的单位或物理量的名称改变，单位或相关常数的值不会改变到通常与高中或本科教育相关的精度范围内，也不会改变教学实验室的实际测量程序。与以前的定义相比，修订版对摩尔的定义更接近于许多化学家的理解和教科书语言。基本单位安培(以及由此导出的单位库仑)也有了一个新的定义，在概念上比过去更直接。对其他基本单位来说，这一修订既给化学教学带来了挑战，也给化学教学带来了机遇。挑战之一是定义本身，定义更加间接和抽象，因此教学和学习更具挑战性，特别是在入门级别。其中的机会是修改行为本身，这项努力被认为值得全世界科学家花费大量时间和精力投入：修订行为提供了一个深入了解单位性质和实验不确定性的机会。
参考文献
[1]晏刘莹；高蔚.关于国际单位制SI的修订的1号决议.中国计量.2018.12
[2]国际单位制了个基本单位中文新定义(2019年5月修订).计量技术.2019.05
[3]陈杭杭；庞海彬；许征.人类文明史的里程碑国际计量界资深专家谈国际单位制SI的修订.中国计量.2018.12.
论文作者:杨文文
论文发表刊物:《知识-力量》2019年11月49期
论文发表时间:2019/11/1
标签：常数论文; 定义论文; 化学论文; 普朗克论文; 安培论文; 单位论文; 基本单位论文; 《知识-力量》2019年11月49期论文;