ความหมายของจำนวนที่แน่นอนในวิชาเคมี

ในทางวิทยาศาสตร์และโดยเฉพาะอย่างยิ่งในวิชาเคมี จำนวนที่แน่นอนเป็นที่เข้าใจกันว่าเป็นจำนวนที่ทราบค่าอย่างแน่นอนและแน่นอนที่สุด กล่าวอีกนัยหนึ่งคือตัวเลขที่มีค่าไม่ยอมรับความไม่แน่นอนใด ๆ และมีตัวเลขที่มีนัยสำคัญมากมายซึ่งเรารู้ค่าล่วงหน้า

การเรียนรู้ที่จะแยกความแตกต่างระหว่างตัวเลขที่แน่นอนกับตัวเลขที่แน่นอนหรือตัวเลขที่วัดได้มีความสำคัญอย่างยิ่งในวิชาเคมีและวิทยาศาสตร์โดยทั่วไปเนื่องจากเป็นตัวกำหนดว่าเราต้องคำนึงถึงตัวเลขใดในการวิเคราะห์ความไม่แน่นอน เมื่อเรา ทำการคำนวณ การวิเคราะห์ประเภทนี้มีความสำคัญในสาขาเคมีหลายสาขา แต่โดยเฉพาะอย่างยิ่งในสาขาเคมีวิเคราะห์ ในพื้นที่นี้ ความไม่แน่นอนมีความสำคัญต่อการกำหนดพารามิเตอร์บางอย่างที่มีความสำคัญอย่างยิ่งที่เกี่ยวข้องกับวิธีการวิเคราะห์อย่างปลอดภัย เช่น ขีดจำกัดการตรวจจับและการหาปริมาณ

ลักษณะของจำนวนที่แน่นอน

ลักษณะสำคัญของจำนวนที่แน่นอนคือ:

• มูลค่าของมันไม่มีความแน่นอนที่เกี่ยวข้อง
• พวกมันมีตัวเลขนัยสำคัญจำนวนไม่สิ้นสุด
• ไม่มีความไม่แน่นอน จึงไม่ส่งผลต่อความไม่แน่นอนของปริมาณที่คำนวณจากสิ่งเหล่านี้ นั่นคือไม่ส่งผลต่อจำนวนตัวเลขที่มีนัยสำคัญในระหว่างการคำนวณ
• ไม่ใช่ตัวเลขที่วัดได้
• พวกเขาถูกสร้างขึ้นโดยคำจำกัดความโดยพลการ (เช่นเมื่อเรากำหนดโหลเป็น 12 หน่วยของบางสิ่งบางอย่าง) หรือจากกระบวนการนับหน่วยบางชนิด (เช่นเมื่อเรานับจำนวนเม็ดยาในก้อนตุ่มของยา)
• ในกรณีส่วนใหญ่เป็นจำนวนเต็ม แม้ว่าจะมีข้อยกเว้น

จะระบุจำนวนที่แน่นอนในวิชาเคมีได้อย่างไร?

การสังเกตรายการลักษณะข้างต้นอาจเพียงพอที่จะเรียนรู้ที่จะระบุว่าเราอยู่ในจำนวนที่แน่นอนเมื่อใดและเมื่อใดที่ไม่มี อย่างไรก็ตาม ในฐานะที่เป็นวิทยาศาสตร์เชิงทดลอง เคมีมีแนวโน้มที่จะจัดการกับขนาดและตัวแปรต่างๆ มากมาย ดังนั้นจึงอาจสร้างความสับสนในการแยกแยะว่าตัวเลขใดถูกต้อง

จากมุมมองข้างต้น เราได้นำเสนอชุดของเกณฑ์ด้านล่างที่จะใช้ในการระบุโดยไม่ต้องสงสัยว่าตัวเลขนั้นถูกต้องหรือไม่ ในแง่นี้ ตัวเลขจะถูกต้องหาก:

จำนวนนั้นได้มาจากการนับหน่วยของบางสิ่ง

เมื่อเรานับหน่วย เช่น แอปเปิ้ล ลูกแพร์ หรือจำนวนครั้งที่เราทำการทดลองซ้ำ เราจะได้จำนวนที่แน่นอนเสมอ ตัวอย่างเช่น ในวิชาเคมี เรามักจะทำการคำนวณทางสถิติซึ่งเราต้องนับจำนวนครั้งที่ทำการทดลอง จำนวนตัวอย่างที่ได้รับการวิเคราะห์ หรือจำนวนครั้งที่เหตุการณ์หรือผลลัพธ์บางอย่างเกิดขึ้นซ้ำ ในกรณีทั้งหมดเหล่านี้ ตัวเลขที่ได้จะเป็นตัวเลขที่แน่นอน

จำนวนที่สอดคล้องกับอัตราส่วนสารสัมพันธ์

ในปฏิกิริยาเคมีใดๆ เราสามารถเขียนความสัมพันธ์ของจำนวนเต็มง่ายๆ ระหว่างจำนวนอะตอมหรือโมเลกุลของสารตั้งต้นและ/หรือผลิตภัณฑ์ หรือระหว่างจำนวนโมลของสารตั้งต้นและ/หรือผลิตภัณฑ์ ความสัมพันธ์เหล่านี้ซึ่งเรียกว่าความสัมพันธ์เชิงปริมาณสัมพันธ์ สามารถใช้ในการคำนวณเชิงปริมาณสัมพันธ์ตามที่เราต้องการ ในมุมมองของข้อเท็จจริงที่ว่าตัวเลขที่สร้างความสัมพันธ์ของปริมาณสารสัมพันธ์นั้นมาจากการนับ ดังนั้นจึงเป็นตัวเลขที่แน่นอน ในกรณีนั้น ความสัมพันธ์ของปริมาณสารสัมพันธ์ที่สร้างขึ้นในรูปของจำนวนอะตอมและโมเลกุลหรือจำนวนโมลจะเป็นจำนวนที่แน่นอนเช่นกัน อย่างไรก็ตาม ไม่สามารถพูดแบบเดียวกันเกี่ยวกับความสัมพันธ์ของปริมาณสารสัมพันธ์ที่ระบุในแง่ของมวลอะตอมและโมเลกุล เนื่องจากสิ่งเหล่านี้เป็นปริมาณที่กำหนดโดยการทดลอง

จำนวนสอดคล้องกับคำจำกัดความของบางหน่วยในระบบของหน่วย

ในระบบหน่วยหลักทั้งหมด มีความพยายามที่จะกำหนดหน่วยพื้นฐานทั้งหมดที่ไม่ใช่ในแง่ของปริมาณที่วัดได้ แต่ในแง่ของปริมาณที่นับได้ หรือเป็นจำนวนบริสุทธิ์ตามอำเภอใจ ตัวอย่างคือคำจำกัดความของวินาทีในระบบสากลซึ่งประกอบด้วย “ระยะเวลา 9,192,631,770 การสั่นของรังสีที่ปล่อยออกมาในช่วงเปลี่ยนผ่านระหว่างระดับไฮเปอร์ไฟน์สองระดับของสถานะพื้นของไอโซโทป 133 ของอะตอมซีเซียม… อุณหภูมิ 0K” จำนวนการแกว่งคือจำนวนที่สามารถนับได้ทั้งหมด ทำให้นิยามนี้เป็นจำนวนที่แน่นอน

จำนวนประกอบด้วยปัจจัยการแปลงระหว่างสองหน่วย

ปัจจัยการแปลงที่เราใช้ในการแปลงจากหน่วยหนึ่งไปยังอีกหน่วยเป็นตัวเลขที่แน่นอน นี่เป็นผลมาจากความจริงที่ว่าคำจำกัดความของหน่วยเป็นตัวเลขที่แน่นอนเช่นกัน

เป็นจำนวนตรรกยะบริสุทธิ์ที่ทำหน้าที่เป็นค่าคงที่ในสูตรทางคณิตศาสตร์

นอกเหนือจากตัวเลขที่เรานับหรือเลือกเพื่อกำหนดหน่วยการวัดของเราแล้ว เป็นเรื่องปกติที่จะพบตัวเลขที่แน่นอนอื่นๆ ในวิชาเคมี นี่เป็นกรณีของจำนวนคงที่ที่ปรากฏตามธรรมชาติในระหว่างขั้นตอนการหักของสมการบางอย่าง ตัวอย่างเช่น สูตรคำนวณปริมาตรของทรงกลมคือ:

ในกรณีนี้ ตัวประกอบ 4/3 ที่คูณด้านขวามือทั้งหมดของสมการเป็นจำนวนตรรกยะที่แน่นอน ในทางกลับกัน จำนวน π (pi) ไม่สามารถเป็นจำนวนที่แน่นอนได้ เนื่องจากเป็นจำนวนอตรรกยะ ซึ่งหมายความว่ามีทศนิยมจำนวนไม่สิ้นสุดที่ไม่เป็นไปตามรูปแบบใดๆ

ความไม่แน่นอนและตัวเลขที่มีนัยสำคัญ

ในฐานะที่เป็นวิทยาศาสตร์เชิงทดลอง เคมีเกี่ยวข้องกับการวัดปริมาณและตัวแปรการทดลองที่หลากหลายซึ่งมีระดับความแม่นยำและความไม่แน่นอนที่แตกต่างกันไป เครื่องมือทางวิทยาศาสตร์ทุกชิ้นสามารถวัดค่าได้ในระดับหนึ่ง ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมเครื่องมือจึงให้ข้อมูลจำนวนจำกัดเกี่ยวกับสิ่งที่เรากำลังวัด ซึ่งทำให้เกิดความไม่แน่นอนในระดับต่างๆ กัน

ความไม่แน่นอนนี้สะท้อนให้เห็นในผลลัพธ์ของการวัดในรูปแบบของตัวเลขที่มีนัยสำคัญจำนวนจำกัด นั่นคือตัวเลขที่ให้ข้อมูลจริงเกี่ยวกับการวัด โดยทั่วไป ยิ่งตัวเลขที่มีนัยสำคัญจำนวนมากเท่าใด ความไม่แน่นอนของการวัดก็จะยิ่งน้อยลงเท่านั้น

แต่เหตุใดการพิจารณาตัวเลขที่มีนัยสำคัญจึงเป็นเรื่องสำคัญ

เนื่องจากเมื่อทำการคำนวณด้วยค่าที่ไม่แน่นอนความไม่แน่นอนของค่าเหล่านี้จะแพร่กระจายไปสู่ผลลัพธ์ของการคำนวณ ในการพิจารณาว่าความไม่แน่นอนนี้แพร่กระจายไปไกลเพียงใด ต้องปฏิบัติตามชุดของกฎเชิงตรรกะเพื่อกำหนดวิธีการทำงานกับตัวเลขที่มีนัยสำคัญ

อย่างไรก็ตาม เนื่องจากจำนวนที่แน่นอนไม่จำกัดจำนวนตัวเลขที่มีนัยสำคัญ จึงไม่ส่งผลต่อจำนวนตัวเลขที่มีนัยสำคัญในผลลัพธ์

ตัวอย่างของจำนวนที่แน่นอนในวิชาเคมี

ตัวอย่างจำนวนที่แน่นอนโดยการนับ

• จำนวนรายการที่วิเคราะห์ในตัวอย่าง
• จำนวนนักเรียนที่เป็นส่วนหนึ่งของกลุ่ม
• จำนวนครั้งในการสกัดด้วยตัวทำละลาย
• จำนวนการวิเคราะห์ (ส่วนประกอบของความสนใจในการวิเคราะห์) ที่มีอยู่ในตัวอย่าง
• จำนวนเวเลนซ์อิเล็กตรอน
• จำนวนโปรตอนหรือนิวตรอนในนิวเคลียส
• เลขมวลของไอโซโทปเฉพาะของธาตุใดๆ

ตัวอย่างของจำนวนที่แน่นอนตามความหมาย

• คำจำกัดความของวินาทีเป็นจำนวนการสั่นที่ 0 K ของรังสีที่ปล่อยออกมาจากอะตอมของไอโซโทป 130 ของซีเซียม
• จำนวนอนุภาคในโมลถูกกำหนดให้เป็น 6.02214076 x 10 ²³
• ความเร็วแสงซึ่งมีค่าคงที่ 299,792,458 เมตรต่อวินาที
• นิยามของมาตรเป็นระยะทางที่แสงเดินทางในสุญญากาศในเวลา 1/299,792,458 วินาที

ตัวอย่างของปัจจัยการแปลงที่แน่นอน

• 1,000 เมตร ทุกๆ 1 กิโลเมตร
• 1 นิ้ว เท่ากับ 2.54 เซนติเมตรพอดีเป๊ะ
• 1 มิลลิวินาที ทุกๆ 10 ^-3วินาที
• 1 ชั่วโมง ทุกๆ 60 นาที

อ้างอิง

ช้าง ร. (2564). เคมี ( ^ฉบับ ที่ 11 ) MCGRAW HILL การศึกษา

ความหมายของจำนวนที่แน่นอนในวิชาเคมี (น). โคลิบรี. http://kolibri.teacherinabox.org.au/modules/en-boundless/www.boundless.com/chemistry/definition/exact-numbers/index.html

Helmenstine, A. (2021, 20 กันยายน). จำนวนที่แน่นอนคืออะไร? ความหมายและตัวอย่าง บันทึกวิทยาศาสตร์และโครงงาน https://sciencenotes.org/what-is-an-exact-number-definition-and-examples/

ลิเบรอเท็กซ์ (2564, 19 พฤษภาคม). 1.4: การวัดและจำนวนที่แน่นอน . เคมี LibreTexts https://chem.libretexts.org/Courses/Modesto_Junior_College/Chemistry_142%3A_Pre-General_Chemistry_(Brzezinski)/CHEM_142%3A_Text_(Brzezinski)/01%3A_Introduction/1.04%3A_New_Page

Mott, V. (น.). ตัวเลขที่แน่นอน | เคมีเบื้องต้น . ลูเมนเลิร์นนิ่ง https://courses.lumenlearning.com/introchem/chapter/exact-numbers/

คำจำกัดความ ใหม่ของไฝ (2561, พฤษภาคม). latu.org https://www.latu.org.uy/wp/wp-content/uploads/2018/05/Redefinici%C3%B3n-del-mol.pdf