Mole e Quantità Chimica

La mole: unità di quantità di sostanza

Vuoi sapere che cos'è la mole?

Vuoi conoscere come si calcola la mole e cosa rappresenta?

Se si continua con la lettura dell'articolo perché non solo ti diremo che cos'è la mole ma - attraverso semplici esempi numerici - ti mostreremo come è possibile calcolare il numero di moli di una sostanza.

Da un punto di vista pratico, l'utilizzo delle masse atomiche e molecolari espresse in unità di massa atomica non è agevole, in quanto tale unità corrisponde a un valore estremamente piccolo (1,66 ·10^-27 kg).

È necessario pertanto trovare un collegamento tra il mondo microscopico e quello macroscopico.

A tal fine è conveniente prendere in considerazione un insieme sufficientemente elevato di unità tale da potere essere apprezzato e quindi misurato.

Se mettiamo a confronto un atomo di rame, Cu (massa atomica 64u), e un atomo di ossigeno, O (massa atomica 16u), notiamo che l'atomo di rame è 4 volte più pesante dell'atomo di ossigeno.

Se ora consideriamo 2 atomi di rame e due atomi di ossigeno, notiamo che il rapporto delle loro masse è sempre di 4 : 1.

Se ora consideriamo invece dieci atomi di rame e dieci atomi di ossigeno, il rapporto delle loro masse sarà sempre di 4 : 1

In generale se consideriamo n atomi di rame e n atomi di ossigeno, il rapporto tra le loro masse è sempre 4 : 1.

Se prendiamo 64 g di rame, cioè una massa uguale alla massa atomica del rame espressa in grammi, e 16 g di ossigeno, cioè una massa uguale alla massa atomica dell'ossigeno espressa in grammi, allora entrambe le quantità contengono lo stesso numero n di atomi poiché le rispettive masse sono sempre nel rapporto di 4 : 1.

Le n particelle con massa complessiva pari alla massa atomica espressa in grammi costituiscono una ben precisa quantità chiamata mole, che è l'unità di misura della quantità di sostanza, una delle sette grandezze fondamentali del Sistema Internazionale.

Lo stesso ragionamento resterà valido se anziché a degli atomi ci si riferisce a delle molecole.

Tale numero n è stato determinato sperimentalmente ed è risultato essere 6,022 · 10²³. Esso viene indicato con N_o ed è chiamato numero di Avogadro, dal nome dello scienziato che per primo ne ha colto il significato.

Pertanto:

la mole è la quantità di sostanza che contiene un numero di Avogadro di particelle elementari, atomi o molecole

Quindi: per prelevare una mole di qualsiasi sostanza, basterà pesarne una quantità in grammi numericamente uguale alla massa atomica o alla massa molecolare. In tal modo saremo sempre certi che con tale quantità preleveremo sempre un numero di Avogadro di atomi o di molecole.

Definizione di mole

Poiché l'unità di massa atomica scelta è il Dalton, unità di massa atomica, che corrisponde alla dodicesima parte dell'atomo di ¹²C, occorre dare per la mole una definizione più rigorosa, che è quella adottata nella comunità scientifica:

la mole è la quantità di sostanza che contiene tante entità elementari, atomi o molecole, quanti sono gli atomi presenti in 12 g di carbonio ¹²C.

La mole per il chimico è quindi l'unità di misura fondamentale; essa, infatti, permette di determinare il numero delle particelle contenute in una determinata quantità di sostanza. Un sottomultiplo della mole è la millimole.

La massa in grammi di una mole prende il nome di massa molare, misurata in g/mol, e il suo simbolo è M.

Calcoli con le moli

Conoscendo la massa in grammi m di una sostanza è possibile determinare il numero delle moli utilizzando la seguente formula:

nella quale:

n = numero moli (mol)

m = massa in grammi (g)

M = massa molare (g/mol)

Conoscendo il numero delle moli (n) è possibile determinare il valore della massa m del campione attraverso la seguente formula:

È possibile determinare il valore della massa molare della sostanza conoscendo il numero di moli e la massa in grammi:

Seguendo i ragionamenti fatti in precedenza è possibile comprendere che ci sono due vie diverse per determinare il numero di moli di una sostanza: o attraverso la massa in grammi della sostanza o attraverso il numero di particelle presenti.

Vediamo, attraverso semplici esempi numerici, i due casi citati.

Calcolo del numero di moli attraverso la massa in grammi

A quante moli corrispondono 27 grammi di acqua?

Svolgimento dell'esercizio

Come detto in precedenza conoscendo la massa in grammi m di una sostanza è possibile determinare il numero delle moli utilizzando la seguente formula:

n = m / M

nella quale:

n = numero moli (mol)
m = massa in grammi (g)
M = massa molare (g/mol)

La massa molare dell'acqua vale 18 g/mol.

Quindi:

n = m / M = 27 / 18 = 1,5 mol

Pertanto 27 grammi di acqua corrispondono a 1,5 mol.

Calcolo del numero di moli attraverso il numero di particelle

A quante moli corrispondono 12,044 · 10²³ molecole di acqua?

Svolgimento dell'esercizio

Come detto in precedenza una mole è la quantità di sostanza che contiene un numero di Avogadro (6,022 · 10²³) di particelle elementari, atomi o molecole.

Per risolvere l'esercizio è pertanto necessario impostare una proporzione:

1 : 6,022 · 10²³ = X : 12,044 · 10²³

Da cui:

X = (12,044 · 10²³) / (6,022 · 10²³) = 2 mol

Pertanto 12,044 · 10²³ molecole di acqua corrispondono a 2 mol.

Per ulteriori info: da molecole a moli.