数密度（符号： n或ρN ）是用于描述可数物体（粒子、分子、声子、细胞、星系等）在物理空间中的集中程度的密集量：三维体积数密度，二维面数密度，或一维线数密度。人口密度是面数密度的一个例子。术语数浓度（符号：小写n或C ，以避免与大写N表示的物质数量混淆）有时在化学中用于相同数量，特别是在与其他浓度进行比较时。
定义
体积数密度是每单位体积指定物体的数量： [1]
其中N是体积V中的对象总数。
这里假设[2] N足够大，以至于将计数四舍五入到最接近的整数不会引入太多错误，但是V被选择得足够小，以至于得到的n不太依赖于大小或形状由于大尺度特征，体积V。
面积数密度是单位面积指定物体的数量， A ：
同样，线数密度是每单位长度L中指定对象的数量：
单位
在国际单位制中，数密度以 m -3为单位，但通常使用 cm -3 。在处理室温和大气压下的气体、液体或固体的原子或分子时，国际单位不太实用，因为所得的数字非常大（大约 10 20 ）。以理想气体在0 °C和1 atm的数密度作为衡量标准： n0 = 1 amg = 7000268677740000000♠2.6867774 × 1025 m−3通常作为一种数密度单位引入，对于任何物质在任何条件下（不一定限于0 °C和1 atm的理想气体）。 [3]
与其他量的关系
摩尔浓度
对于任何物质，数密度可以用其量浓度c （以mol /m 3表示）表示为
其中NA是阿伏伽德罗常数。如果n和c中的空间尺寸单位米始终被任何其他空间尺寸单位替换，例如如果n以 cm -3为单位且c以 mol/cm 3为单位，或者如果n以L为单位，这仍然是正确的-1和c以 mol/L 为单位，等等。
质量密度
对于具有明确定义的摩尔质量M （以kg /mol 为单位）的原子或分子，数密度有时可以用它们的质量密度ρ m （以 kg/m 3为单位）表示为
请注意，比率M / N A是单个原子或分子的质量，以 kg 为单位。
例子
除非另有说明，下表列出了1 atm和20 °C下的数密度的常见示例。
部分材料的分子[4]数密度及相关参数 [需要引用]
| 材料
|
数密度， n
|
量浓度
|
质量密度_
|
摩尔质量
|
| (10 27 m -3 = 10 21 cm -3 )
|
(毫克)
|
(10 3摩尔/米3 =摩尔/升)
|
(10 3 kg /m 3 = g /cm 3 )
|
(10 -3公斤/摩尔=克/摩尔)
|
| 理想气体
|
0.02504
|
0.932
|
0.04158
|
41.58 × 10 -6 M
|
米
|
| 干燥的空气
|
0.02504
|
0.932
|
0.04158
|
1.2041 × 10 -3
|
28.9644
|
| 水
|
33.3679
|
1,241.93
|
55.4086
|
0.99820
|
18.01524
|
| 钻石
|
176.2
|
6,556
|
292.5
|
3.513
|
12.01
|
另见
参考文献
- ^ International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC), The IUPAC Compendium of Chemical Terminology，4-th ed. (The Gold Book) (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, （原始内容存档于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
