Back to chapter

1.7:

Meting: Standaardeenheden

JoVE Core
Chemistry
A subscription to JoVE is required to view this content.  Sign in or start your free trial.
JoVE Core Chemistry
Measurement: Standard Units

Languages

Share

In de wetenschap is meten de toekenning van een numerieke waarde aan een kenmerk, zoals de massa, grootte en temperatuur van de materie. Elke meting levert twee soorten informatie op. De eerste is het getal de grootte of omvang van de meting.De tweede is de eenheid een vergelijkingsstandaard voor de meting. Dus als water kookt bij 100 graden Celsius, staat het getal 100 voor de grootte van de meting en staat Celsius voor de eenheid. Samen brengen ze de relatieve grootte van de eigenschap van de materie in kwestie over het kookpunt.Zonder eenheden kan een getal zinloos of verwarrend zijn. Als de hoogte van de Eiffeltoren bijvoorbeeld naar verluidt 300 is, zonder eenheden te verstrekken, is de context van dit getal van 300 onduidelijk. Dit betekent dat de Eiffeltoren relatief hoog of erg kort kan zijn.maar zonder de eenheden om te vergelijken is dat moeilijk in te schatten. Soms wordt ook een derde vorm van informatie, afwijking, geboden. Deze gegevens zijn een indicatie van de onzekerheid van de meting.Om de verschillende eigenschappen van materie nauwkeurig te meten en te rapporteren, zijn dus gemeenschappelijke meetsystemen ontwikkeld. Het internationale systeem van eenheden of het SI-systeem is degene die universeel door wetenschappers wordt gebruikt. Onder het SI-systeem zijn meeteenheden voor 7 fundamentele eigenschappen lengte, massa, tijd, temperatuur, elektrische stroom, hoeveelheid stof en lichtsterkte, vastgelegd.Dit worden de standaardeenheden of de basiseenheden genoemd. Hiervan worden de basiseenheden voor de eerste vier eigenschappen het meest gebruikt in de chemie. De standaard lengte-eenheid in het SI-systeem is de meter, weergegeven door het eenheidssymbool m”Langere afstanden worden vaak gerapporteerd in kilometers, of km”waarbij 1 kilometer gelijk is aan 1000 meter.Omgekeerd kunnen kortere afstanden worden gerapporteerd in centimeters, of cm”waarbij 1 centimeter gelijk is aan 0, 01 meter;of millimeter, mm”waar 1 millimeter gelijk is aan 0, 001 meter. Op dezelfde manier is de standaardeenheid van massa in het SI-systeem de kilogram, weergegeven door het eenheidssymbool kg”Een kilogram is gelijk aan 1000 gram. Temperatuur is een andere fundamentele eigenschap, met de SI-eenheid kelvin en het eenheidssymbool de hoofdletter K”Dit wordt weergegeven zonder het woord graad”of het symbool graad, om te onderscheiden van graden Celsius en graden Fahrenheit.Water kookt bijvoorbeeld bij 373, 15 K en de normale lichaamstemperatuur is ongeveer 310 K.De vierde meest gebruikte basiseenheid is seconde, de SI-eenheid van tijd, met het eenheidssymbool s”Hoewel kortere tijdsintervallen kunnen worden uitgedrukt als milliseconden, waarbij 1 milliseconde gelijk is aan 0, 001 seconden, kunnen langere tijdsintervallen worden uitgedrukt als megaseconden waarbij 1 megaseconde gelijk is aan 1 miljoen seconden. Als alternatief worden ook niet-SI-eenheden zoals uren, dagen en jaren gebruikt.

1.7:

Meting: Standaardeenheden

Every measurement provides three kinds of information: the size or magnitude of the measurement (a number), a standard of comparison for the measurement (a unit), and an indication of the uncertainty of the measurement. While the number and unit are explicitly represented when a quantity is written, the uncertainty is an aspect of the errors in the measurement results.

The number in the measurement can be represented in different ways, including decimal form and scientific notation, which is also known as exponential notation. For example, the maximum take-off weight of a Boeing 777-200ER airliner is 298,000 kilograms, which can also be written as 2.98 × 105 kg. 

Units, such as liters, pounds, and centimeters, are standards of comparison for measurements. A 2-liter bottle of a soft drink contains a volume of beverage that is twice that of the accepted volume of 1 liter. Without units, a number can be meaningless, confusing, or possibly life-threatening. Suppose a doctor prescribes phenobarbital to control a patient’s seizures and states a dosage of “100” without specifying units. Not only will this be confusing to the medical professional giving the dose, but the consequences can be dire: 100 mg given three times per day can be effective as an anticonvulsant, but a single dose of 100 g is more than 10 times the lethal amount.

The International System of Units (SI Units)

The measurement units for seven fundamental properties (“base units”): length, mass, time, temperature, electric current, amount of substance, and luminous intensity, have been fixed by international agreement. They are called the International System of Units or SI Units. Units for other properties may be derived from these seven base units. Everyday measurement units are often defined as fractions or multiples of other units. Milk is commonly packaged in containers of 1 gallon (4 quarts), 1 quart (0.25 gallons), and one pint (0.5 quarts. This same approach is used with SI units, but these fractions or multiples are always powers of 10. Fractional or multiple SI units are named using a prefix and the name of the base unit. For example, a length of 1000 meters is also called a kilometer because the prefix kilo means “one thousand,” which in scientific notation is 103 (1 kilometer = 1000 m = 103 m).

Standard SI Units

The initial units of the metric system, which eventually evolved into the SI system, were established in France during the French Revolution. The original standards for the meter and the kilogram were adopted there in 1799 and eventually by other countries. The following are the four SI base units commonly used in chemistry.

1. Length

The standard unit of length in the SI system is the meter (m). A meter is defined as the distance light travels in a vacuum in 1/299,792,458 of a second. Longer distances are often reported in kilometers (1 km = 1000 m = 103 m), whereas shorter distances can be reported in centimeters (1 cm = 0.01 m = 10−2 m) or millimeters (1 mm = 0.001 m = 10−3 m).

2. Mass

The standard unit of mass in the SI system is the kilogram (kg). A kilogram is defined by the mass of a reference object – a metal cylinder made from platinum-iridium alloy with a height and diameter of 39 mm. Any object with the same mass as this reference is said to have a mass of 1 kilogram. The gram (g) is exactly equal to 1/1000 of the mass of the kilogram (10−3 kg).

The term “weight” is often used interchangeably with “mass.” However, the two quantities are different. While the mass of an object measures the quantity of matter within it, its weight measures the gravitational force exerted on its matter. For instance, if we could weigh ourselves on the moon, which has weaker gravity than Earth, we would weigh less than we did on Earth. However, mass—the quantity of matter in our body—would stay the same.

3. Temperature

The SI unit of temperature is the kelvin (K), although the degree Celsius (°C) is also allowed in the SI system, with both the word “degree” and the degree symbol used for Celsius measurements. Celsius degrees are the same magnitude as those of kelvin, but the two scales place their zeros in different places. Water freezes at 273.15 K (0 °C) and boils at 373.15 K (100 °C) by definition, and normal human body temperature is approximately 310 K (37 °C). The Fahrenheit (°F) scale is another commonly used unit for measuring temperature. On the Fahrenheit scale, water freezes at 32 °F and boils at 212 °F, and the normal human body temperature is 96 °F. 

While Fahrenheit and Celsius scales allow for negative temperatures, the Kelvin scale, also called the absolute scale, does not. On the Kelvin scale, 0 K is the lowest temperature, which is known as absolute zero. 

The temperature scales are interconvertible using the following conversion formulas:

Eq1

Eq2

4. Time

The SI base unit of time is the second (s). Small and large time intervals can be expressed with the appropriate prefixes. For example: 

Eq3

Eq4

Alternatively, hours, days, and years can be used.

This text is adapted from Openstax, Chemistry 2e, Section 1.4: Measurements.