アインシュタイン(, 記号:E)は、光化学で用いられる、光子の物質量(モル数)に関係した単位である。アインシュタインという単位名称は、1905年の論文において光電効果の原因を解明し、光量子(現在は光子と呼ばれる)という考えを示したアルベルト・アインシュタインにちなむ。

定義と意味 1 アインシュタインは、1 モル(アボガドロ数個)の光子が持つエネルギーと定義されている共立化学大辞典第 26 版、p. 10。。ただし、光の光子あたりエネルギーはその周波数(あるいは波長)によって変わる。同じアインシュタインでもエネルギーは数倍(理論上は数千倍でも数百万倍でも)変わるので、アインシュタインはエネルギーそのものを表す単位ではない。

実際はアインシュタインは、エネルギーではなく光子の物質量を表すのに使われる。つまり、「光子の物質量は 10 モルである」と言いたいときに「光のエネルギーは 10 アインシュタインである」のように言う。この際、そのエネルギーが具体的にどれだけか(何ジュールか)は問題としない。

換算 アインシュタインをジュール(あるいは他のエネルギーの単位)に換算するには、光の周波数か波長を特定する必要がある。

光子 1 個のエネルギーはプランク定数×周波数なので、(モルプランク定数 = プランク定数×アボガドロ定数)= J·s/mol(ジュール秒毎モル)に周波数をかければ換算係数が求まる。あるいは、(プランク定数 × 光速度 × アボガドロ定数) = を波長で割ってもいい。2019年にSI基本単位が再定義されたことによりプランク定数、アボガドロ定数、光速度がすべて正確な定義値になったため、それぞれの換算係数も正確な値である。

こうして求まる換算係数は J/mol(ジュール毎モル)である。アインシュタインは実質的に物質量でありモルに等しいので、アインシュタインの値にこの換算係数をかければジュールの値が求まる。なお、換算係数でなく「1アインシュタインのエネルギー」を考える場合は、以上の全ての値に 1 モルをかけて単位から /mol を消しておく。

使用例 アインシュタインは光合成の研究に用いられる。それは、酸素の生産量が与えられているとき、それに必要な光の条件は、光の周波数ではなく光子の量であるからである。例えば、1 モルの酸素を生産するためには約 9 アインシュタインの光子が必要である。

放射照度は、E/s·m(アインシュタイン毎秒毎平方メートル)として計測することができる。なお、SI における放射照度の単位は W/m(ワット毎平方メートル) = J/s·m(ジュール毎秒毎平方メートル)である。光合成有効放射 (PAR) はアインシュタインの10 倍のマイクロアインシュタインを用いて、µE/s·m(マイクロアインシュタイン毎秒毎平方メートル)という単位で報告されることが多い。

出典

参考文献