Chimica più verde: il numero di Avogadro e la mole spiegati in dettaglio

ZANICHELLI Vito Posca, Tiziana Fiorani

Chimica più .verde

ZANICHELLI Capitolo 7

La costante di Avogadro e la mole

ZANICHELLI Sommario

1. La massa atomica assoluta si esprime in kilogrammi
2. La massa atomica relativa è un numero puro
3. Come si esprimono la massa molecolare e la massa formula relative
4. Il numero di Avogadro collega il mondo microscopico e quello macroscopico
5. Una mole contiene NA atomi, molecole o unità formula
6. La mole di un elemento o di un composto ha un valore di massa definito

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ZANICHELLI Sommario

1. La massa molare è la massa in grammi di una mole
2. La massa molare permette di determinare il numero di moli o la massa in grammi
3. Il volume occupato da una mole di gas è detto volume molare
4. Il calcolo della composizione percentuale degli elementi in un composto
5. Determinare la formula minima e molecolare di un composto

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ZANICHELLI La massa atomica assoluta si esprime in kilogrammi

La massa atomica assoluta (Aa) è la massa di un atomo espressa in kg. Le masse atomiche in kilogrammi hanno valori numerici molto piccoli, tra 10-25 e 10-27 kg. Conviene allora scegliere come unità di misura una massa piccola come quella degli atomi. L'unità di massa atomica (u) corrisponde a un dodicesimo della massa atomica assoluta dell'isotopo del carbonio-12:

1 u = 1/12 Aa del carbonio-12

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ZANICHELLI La massa atomica assoluta si esprime in kilogrammi

Poiché la massa atomica assoluta del carbonio-12 è 1,9926 · 10-26 kg, un'unità di massa atomica equivale a:

1 u = 1,9926 · 10-26 kg/12 = 1,66 · 10-27 kg = 1,66 · 10-24 g

12 u atomo di carbonio - 12

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ZANICHELLI La massa atomica relativa è un numero puro

La massa atomica relativa (A,) è un numero che indica quante volte la massa atomica assoluta è maggiore dell'unità di massa atomica.

Aa (kg) Ar = u (kg)

Poiché la massa atomica relativa deriva da un rapporto tra due masse espresse con la stessa unità di misura, essa è adimensionale, cioè è un numero puro.

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ZANICHELLI La massa atomica relativa è un numero puro

Per ciascun elemento, la tavola periodica riporta il valore della massa atomica relativa sotto o accanto al simbolo dell'elemento e al suo numero atomico.

9 Numero atomico F Simbolo 19,00 Massa atomica relativa

La massa atomica assoluta di un atomo si può calcolare con la relazione:

Aa = Ar . u (kg) = Ar . 1,66 . 10-27kg

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ZANICHELLI Come si esprimono la massa molecolare e la massa formula relative

Quando si conosce la formula di un composto molecolare o ionico, è possibile calcolare la massa relativa della sua molecola o della sua unità formula, definite massa molecolare relativa e massa formula relativa. In entrambi i casi il simbolo è M .. La massa molecolare relativa e la massa formula relativa corrispondono alla somma delle masse atomiche relative degli atomi che costituiscono la molecola o l'unità formula.

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ZANICHELLI Come si esprimono la massa molecolare e la massa formula relative

Massa molecolare e formula relativa sono numeri puri.

A H2 2 5 04 M ;= (2.1) + 32 + (4.16) = 98

B Ç6 H 12 06 6 M,= (6.12) + (12.1) + (6.16) = 180

Se nella formula sono presenti gruppi tra parentesi, occorre tenere conto degli indici posti fuori parentesi.

A (NH4)2SO4 (NH4)2 S O 4 2[14 +(4.1)] + 32 + (4.16) = 132

B Ca3(PO4)2 Ca3 (PO4)2 (3.40) + 2 [31 + (4.16)] = 310

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ZANICHELLI ✓ Mettiamoci alla prova

• Individua sulla tavola periodica il numero atomico e la massa atomica relativa del potassio (K). Qual è la sua massa atomica assoluta?
• Qual è la massa formula relativa dei composti Al2(CO3)3 e Ca(NO3)2?

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ZANICHELLI Il numero di Avogadro collega il mondo microscopico e quello macroscopico

La massa in grammi di atomi e molecole è molto piccola. Serve un numero molto grande di atomi e molecole per far sì che la massa totale sia dell'ordine dei grammi e quindi misurabile con una bilancia. L'ordine di grandezza di tale numero è 1023. Il numero che collega il mondo microscopico degli atomi a quello macroscopico è detto numero di Avogadro.

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ZANICHELLI Il numero di Avogadro collega il mondo microscopico e quello macroscopico

Il numero di Avogadro (NA) è il numero di atomi di carbonio contenuti in 12 grammi di carbonio-12.

120g℮ 12 g di carbonio

Il valore si calcola dal rapporto tra la massa di 12 g di carbonio e la massa assoluta di un atomo di carbonio (1,9926 · 10-23 g):

12 g NA= 1,9926 . 10-23 g = 6,022 . 10 23

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ZANICHELLI Una mole contiene atomi, molecole o unità formula

A un pacchetto di sostanza costituito da 6,022· 1023 atomi o molecole (o unità formula) si dà il nome di mole.

6,022 · 1023 atomi di sodio 20 g 1g 1g 1g 1 mole di sodio

La mole è l'unità di misura di una grandezza fisica fondamentale, la quantità di sostanza (n). Se una certa quantità di carbonio contiene un numero di atomi pari al doppio del numero di Avogadro (2 NA) diciamo che è costituita da 2 moli (di atomi di carbonio).

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ZANICHELLI Una mole contiene atomi, molecole o unità formula

La mole (mol) è la quantità di sostanza (elemento o composto) che contiene un numero di Avogadro di atomi, di molecole o di unità formula. È quindi più corretto parlare di costante di Avogadro NA, che si esprime in atomi (o molecole o unità formula).mol-1, e che ha quindi unità di misura mol-1:

costante di Avogadro (NA) = 6,022 · 10 23 mol-1

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ZANICHELLI La mole di un elemento o di un composto ha un valore di massa definito

Se moltiplichiamo la massa relativa di atomi, molecole o unità formula per il valore dell'unità di massa atomica u, otteniamo la corrispondente massa assoluta. Il prodotto tra la massa assoluta e la costante di Avogadro NA permette di determinare la massa di una mole.

Sostanza	Massa relativa (Ar, Mr)	Massa assoluta di 1 entità (Ar · u, Mr . u)	Massa in kilogrammi di NA (6,022 · 1023) entità	Massa in grammi di NA (6,022 · 1023) entità
C	12	12 · 1,66 · 10-27 kg	12 · 1,66 · 10-27 kg · NA = 0,012 kg	12 g
N2	28	28 · 1,66 · 10-27 kg	28 · 1,66 · 10-27 kg · NA = 0,028 kg	28 g
NaCl	58	58 · 1,66 · 10-27 kg	58 · 1,66 . 10-27 kg · NA = 0,058 kg	58 g

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ZANICHELLI La mole di un elemento o di un composto ha un valore di massa definito

La massa di una mole di atomi, oppure di molecole o di unità formula, è diversa a seconda dell'elemento o del composto.

NUMERO DI AVOGADRO (6,022 · 1023)

C NaCl N2

Massa atomica relativa in grammi di carbonio (C)

Massa formula relativa in grammi di cloruro di sodio (NaCl)

Massa molecolare relativa in grammi di azoto (N2)

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ZANICHELLI La mole di un elemento o di un composto ha un valore di massa definito

Una mole di sostanza (elemento o composto) ha una massa, in grammi, pari al valore della massa (atomica, molecolare o formula) relativa della sostanza stessa.

64 g atomo unità formula 18 g 180 l℮ 580g ℮

A 1 mole di atomi 1 mole di molecole H20 C 1 mole di unità formula NaCl Cu

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ZANICHELLI La massa molare è la massa in grammi di una mole

58 g molecola BLa massa molare (M) è la massa in grammi di una mole di un elemento o di un composto La massa molare si esprime in grammi per mole (g/mol). Per stabilire la massa molare di una sostanza di cui si conosce il simbolo o la formula, si deve: · trovare il valore della massa atomica relativa dei corrispondenti atomi sulla tavola periodica; · calcolare, se necessario, la massa molecolare (o formula) della sostanza; · aggiungere l'unità di misura g/mol.

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ZANICHELLI La massa molare è la massa in grammi di una mole

La massa molare di un elemento (carbonio) costituito da atomi è uguale al valore numerico della sua massa atomica relativa:

Ar(c) = 12,01 M(c) = 12,01 g/mol

A COLPO D'OCCHIO 47 Ag 107,9 52 Te 127,6 107,9 g/mol 6 127,6 g/mol C 12,01 12,01 g/mol

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ZANICHELLI La massa molare è la massa in grammi di una mole

La massa molare di un elemento (azoto) costituito da molecole (N2), o di un composto molecolare (diossido di carbonio) costituito da molecole (CO2), è uguale al valore numerico della sua massa molecolare relativa:

Ar(N) = 14,00 MT(N) = 28,00 M(N2) = 28,00 g/mol

Ar(c) = 12,01 Ar(O) = 16,00 Mr(CO2) = 44,01 M(CO2) = 44,01 g/mol

La massa molare di un composto ionico (cloruro di sodio) di formula NaCl è uguale al valore numerico della massa formula relativa:

Ar(Na) = 22,99 Ar(ci) = 35,45 Mr(Nacl) = 58,44 r(NaCI) M(NaCl) = 58,44 g/mol

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ZANICHELLI La massa molare permette di determinare il numero di moli o la massa in grammi

Le moli, la massa delle sostanze e il numero di particelle sono grandezze direttamente proporzionali tra loro.

: × ATOMI, MOLECOLE, UNITÀ FORMULA 6,022 · 1023 MOLI massa molare GRAMMI × :

La massa molare rappresenta un fattore di conversione che permette di trasformare la grandezza massa (m, espressa in g) nella grandezza quantità di sostanza (n, espressa in mol), e viceversa.

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ZANICHELLI La massa molare permette di determinare il numero di moli o la massa in grammi

La quantità in moli (n) presente in una determinata massa di un elemento o di un composto è data da:

n (mol) = m (g) M (g/mol)

La massa m di un elemento o di un composto a partire dalla sua quantità in moli n è data da:

m (g) = n (mol) . M (g/mol)

La massa molare M di un elemento o composto, conoscendo la massa e la quantità in moli, è data da:

M (g/mol) = m (g) n (mol)

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