La Mole

Il contenuto che segue è la sostanza della lezione 8. In questa lezione trattiamo la Mole e il Numero di Avagadro così come i calcoli per la Massa Molare e le conversioni usando le moli.

La Mole (mol) è un’unità di misura che è la quantità di una sostanza pura che contiene lo stesso numero di unità chimiche (atomi, molecole ecc.) come ci sono atomi in esattamente 12 grammi di carbonio-12 (cioè, 6,022 X 1023).

Quindi la mole è il titolo usato per la quantità 6,022 x 1023 allo stesso modo in cui la parola “dozzina” è usata per la quantità 12.

Quindi se aveste una mole di ciambelle avreste 6,022 x 1023 ciambelle e un serio mal di stomaco.

Usiamo la mole (mol) per rappresentare la quantità di sostanze in chimica perché il numero di atomi e molecole in ogni sostanza è così grande. Il valore dato 6,022 x 1023 è chiamato numero di Avagadro per lo scienziato che ha trovato il numero di atomi in 12 grammi di carbonio 12. Perché usare 12 grammi? Questa è la massa atomica teorica dell’isotopo carbonio-12 (6 protoni e 6 neutroni). Questo significa che la massa atomica o peso atomico (12 grammi) del carbonio è uguale esattamente a 1 mole di carbonio.

Utilizzando il carbonio come riferimento, i pesi atomici che vedi nella tavola periodica sono anche uguali a una mole di quelle sostanze:

Il litio per esempio ha una massa atomica di 6,941 grammi e questo è uguale a una mole di litio. Ecco perché dichiariamo le masse atomiche e molecolari in unità di grammi per mole o g/mol.

Cosa possiamo fare con le moli? Usiamo l’unità per fare calcoli basati su equazioni chimiche bilanciate. Usiamo la stechiometria (un modo fantasioso di dire rapporti di mole in un’equazione) per fare previsioni su quanto prodotto sarà fatto o reagente necessario se conosciamo una quantità di mole in una reazione.

Moli di una sostanza e il peso molecolare

La massa molare o il peso molecolare (termini intercambiabili finché siamo sulla Terra) di una sostanza è il totale di tutte le masse individuali degli elementi che contiene. Per usare il nostro vecchio amico acqua come esempio:

Una mole di acqua è composta da 1 mole di ossigeno e due moli di idrogeno. La massa di ossigeno pari a una mole di ossigeno è 15,998 grammi e la massa di una mole di idrogeno è 1,008 g. Se sommiamo le quantità in grammi di ogni elemento nella molecola d’acqua = 15,998g/mol + 2(1,008g/mol) otteniamo la massa molare dell’acqua = 18,014g/mol.

Quindi se avessimo esattamente 18,014g di acqua avremmo 1 mole di acqua.

Pratica: Mole e massa molare

Relazioni tra moli

La ragione per cui la mole è così importante è perché usiamo la mole come unità per la maggior parte delle relazioni in chimica. Le reazioni sono bilanciate in base al numero di moli di ogni elemento nella reazione, le concentrazioni delle soluzioni sono molto spesso descritte in termini di moli per litro o moli per kg di solvente e abbiamo già visto che le molecole o gli atomi di un elemento sono riportati come moli della sostanza piuttosto che il conteggio individuale delle loro particelle.

Iniziamo la discussione sulle relazioni con la relazione tra la mole e l’AMU.

Un AMU è 1/12 della massa di un atomo di carbonio-12 che secondo la tavola periodica pesa ~12g. Questo significa che 1 AMU ≈ 1g giusto? e quindi il Carbonio ha una massa di 12amu, giusto? Ma aspettate, questa non può essere la massa di un singolo atomo di carbonio, giusto? Sono molto, molto piccoli. Ed è corretto, la massa indicata nella tavola periodica è in realtà la massa di 6,022 x 1023 atomi di carbonio o una mole di atomi di carbonio. Quindi, in realtà, 1 AMU = 1,66 x 10-24g e mentre un atomo di carbonio pesa 12 AMU, la massa indicata nella tavola periodica è

12 atomi x 1,66 x 10-24g x 6.022 x 1023 atomi/mol= 12 g/mol

Quindi un singolo atomo di carbonio pesa 12 amu mentre una mole di atomi di carbonio pesa 12.01g/mol.

Calcoli di mole

Ci sono una pletora di calcoli che possono essere condotti utilizzando l’unità di mole come intermedio. Ora ne esaminerò alcuni e poi vedrete, man mano che progrediamo negli argomenti successivi, che le moli sono essenziali anche per quei calcoli.

Calcoli di mole tipici:

1) Calcolo del peso molecolare o massa molare di un composto

La massa molare di un composto, spesso chiamata anche peso molecolare quando si trova sulla Terra, è semplicemente la somma di tutte le masse dei singoli elementi nel composto. Si usa la tavola periodica come riferimento per queste masse e le si somma:

Per esempio, se vogliamo totalizzare la massa molare del solfato di alluminio Al2(SO4)3 , dobbiamo determinare il numero e la massa di ogni elemento nel composto. Per il solfato di alluminio i totali sono 2 Al, 3 S e 12 O. Quindi ecco la matematica usando le masse atomiche date nella tavola periodica:

2(26.98 g/mol) + 3( 32.07 g/mol) + 12(16.00 g/mol) = 342.17 g/mol

2) Conversione da Grammi a Moli o Moli a Grammi

Una volta che si conosce la massa molare di un composto, è possibile utilizzare tale massa per determinare la quantità di moli in una quantità di grammi della sostanza o, al contrario, è possibile calcolare il numero di grammi in una quantità di mole della sostanza.

Ecco alcuni esempi:

Quante moli ci sono in 55,4 g di solfato di alluminio?

Il calcolo è impostato come una conversione con la massa molare del solfato di alluminio come fattore di conversione:

55.4g Al2(SO4)3 x 1 mol Al2(SO4)3/342.17 g Al2(SO4)3 = 0.162 mol Al2(SO4)3

Oppure, quanti grammi di Al2(SO4)3 sono in 6.34 moli di Al2(SO4)3?

6.34 mol Al2(SO4)3 x 342.17g Al2(SO4)3/ 1 mol Al2(SO4)3 = 2.17 x 103 Al2(SO4)3

3) Conversione in molecole o atomi

Oltre ad essere un’unità per la massa molare, la mole è anche il passaggio tra la massa di una sostanza e i suoi atomi o molecole.

Per esempio, se si chiede quante molecole di Al2(SO4)3 ci sono nei 55,4 g di Al2(SO4)3 di cui sopra dobbiamo semplicemente calcolare il numero di moli come prima e poi usare il numero di Avagadro per convertire le moli in molecole:

0.162 mol Al2(SO4)3 x 6,022 x 1023 molecole Al2(SO4)3/ 1 mol Al2(SO4)3 =

Inoltre se continuiamo il problema e chiediamo quanti atomi di alluminio ci sono nei 55,4 g di Al2(SO4)3? Dobbiamo solo moltiplicare per il numero di atomi di alluminio nel composto:

9,76 x 1022 Molecole Al2(SO4)3 x 2 atomi Al/ 1 molecola Al2(SO4)3 = 1,95 x 1023 atomi Al

Pratichiamo ancora un po’: