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La MolePrincipi di stechiometria
Prof. Paolo Abis
Lic. classicoD.A. Azuni - Sassari
http//abitec.altervista.org/
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GLI ATOMI SI PESANO

• Già più di due secoli fa, i chimici sentirono il
  bisogno di pesare gli atomi, di determinare
  quindi la massa dei differenti elementi chimici.
  Ovviamente questo è sempre stato un problema
  impossibile da risolvere direttamente poiché non
  è certo eseguibile la pesata diretta di un atomo,
  è stato però risolto indirettamente per
  confronto.
• Innanzitutto è stato necessario determinare
  un'unità di massa atomica cioè una massa con la
  quale confrontare le masse degli atomi dei
  differenti elementi.

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L'UNITA' DI MASSA ATOMICA

• (abbreviazioni u.m.a. oppure u) corrisponde alla
  dodicesima parte della massa dell'isotopo 12 del
  carbonio.

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L'UNITA' DI MASSA ATOMICA Relativa

• Il numero di massa non deve essere in alcun modo
  confuso con la massa effettiva di un atomo.
• Per indicare le masse degli atomi (o dei composti
  chimici) sarebbe oltremodo scomodo usare l'unità
  di misura ordinaria della massa, il kg o il g.
• Per questo motivo i chimici hanno ideato una
  unità di misura relativa, prendendo come
  riferimento la massa del nuclide 12C, al quale si
  assegna il valore 12.

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L'UNITA' DI MASSA ATOMICA

• L'unita di massa atomica relativa - abbreviazione
  u.m.a. (o meglio u) - è 1/12 (un dodicesimo)
  della massa del 12C.
• L'unità di massa atomica è un numero
  adimensionale in quanto è il rapporto fra due
  numeri con la stessa dimensione.
• La massa atomica relativa è detta anche peso
  atomico, in ogni caso questa grandezza è
  adimensionale.
• Una u corrisponde a circa 1.66 x 10-24 g.

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Massa atomica relativaIl caso del fosforo

• Il fosforo è un elemento mononuclidico, è cioè
• costituito esclusivamente dal nuclide 31P.
• La massa atomica relativa del fosforo è 30,973
  76.
• Ciò significa che la massa di un atomo di
  fosforo-31 è 30,973 76 volte maggiore della
  dodicesima parte della massa dellatomo di
  carbonio 12.

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Le Masse atomiche sono riportate nella Tavola
Periodica
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GLI ATOMI SI CONTANO

• Le trasformazioni chimiche avvengono per reazione
  fra particelle elementari
• gli atomi
• Nel laboratorio chimico bisogna trovare un modo
  comodo e semplice per prendere in considerazione
  quantità uguali di atomi di elementi diversi, pur
  essendo impossibile contarli uno per uno.

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GLI ATOMI SI CONTANO

• Problema
• Quanti atomi di ogni elemento sono presenti in
  un campione?
• I numeri in gioco sono astronomici (dellordine
  di 1023 e più).
• Pesare è contare.

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Pesare è contare.
Una pallina rossa pesa 2 g
2 g
e 10 palline ?
20 g
Quante palline ci sono in 46 g ?
23 palline
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Pesare è contare.
Una pallina rossa
Una pallina gialla
Una pallina verde
6 g
2 g
10 g
Una dozzina
Una dozzina
Una dozzina
24 g
72 g
120 g
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Inventiamo un nuovo raggruppamento il Mule.

• Ogni mule contiene un numero pre-stabilito di
  palline 23

Un Mule di palline verdi
Un Mule di palline rosse
Un Mule di palline gialle
Peso
(23 x 2) 46 g
(23 x 6) 138 g
(23 x 10) 230 g
Num. palline
23
23
23
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Confrontiamo i Mule di palline
3 Mule di palline verdi
3 Mule di palline rosse
3 Mule di palline gialle
Peso
44 g x 3 138
138 g x 3 414
230 g x 3 690
Num. palline
69
69
23 x 3 69
Conclusione le masse sono diverse ma il numero
complessivo di elementi è uguale
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Passiamo agli atomi
Gli atomi e le molecole sono estremamente
piccoli, per cui, in un campione visibile di
sostanza, è presente un numero enorme di
particelle. I chimici lavorano con atomi e
molecole pesando sulle bilance le quantità
necessarie di sostanze e, contemporaneamente,
sanno esattamente con quante particelle hanno a
che fare, anche se non possono contarle.
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La mole e il numero di Avogadro

• Per poterlo fare i chimici hanno definito lunità
  di quantità di sostanza, la mole.
• Ogni mole contiene un determinato numero N di
  particelle.

Questo numero viene definito numero di
Avogadro
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La mole e il numero di Avogadro
Il numero di Avogadro è un numero enorme è pari
a NA 6,022.1023
Una Mole 6,022.1023
particelle
contiene tante entità elementari quanti sono gli
atomi in 12 g di carbonio 12
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Definizione di mole
Se misuriamo esattamente 12 g di carbonio 12,
abbiamo esattamente 1 mol di atomi di carbonio
12. Nel mucchietto ci sarà esattamente il numero
di Avogadro di atomi.
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Definizione di mole
Una mole è la quantità di sostanza che contiene
6,02.1023 particelle elementari (atomi, molecole,
ioni, o altre unità microscopiche).
1 mole di qualsiasi sostanza contiene
6,02 x 1023 particelle
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Riassumendo

• La mole è una quantità di sostanza
• contiene tante entità elementari quanti sono
  gli atomi in 12 g di carbonio 12.
• Il numero di queste entità è
• 6,022 x 1023
• Numero di Avogadro o costante di Avogadro
• Le entità elementari devono essere specificate
  e possono essere atomi, molecole, ioni,
  elettroni, ecc, ovvero gruppi specificati di tali
  particelle.

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In pratica

• Una mole di atomi è una quantità in grammi di un
  elemento, numericamente uguale alla massa atomica
  relativa dellelemento stesso.
• es.

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Oxygen 32.00 g
One mole of common substances.
Water 18.02 g
CaCO3 100.09 g
Copper 63.55 g
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Ciascun campione è costituito da 1 mole di atomi
del rispettivo elemento
32 g di zolfo, 201 g di mercurio, 207 g di
piombo, 64 g di rame, 12 g di carbonio.
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Una mole di atomi
Una MOLE di ATOMI è costituita da UN NUMERO DI
GRAMMI UGUALE ALLA MASSA ATOMICA DELLELEMENTO.
Una mole di ferro ha una massa di 55,85 g, la
massa atomica del ferro è 55,85 u.
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Una mole di atomi
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Una mole di molecole
Una MOLE di MOLECOLE di un composto è costituita
da UN NUMERO DI GRAMMI UGUALE ALLA MASSA
MOLECOLARE DEL COMPOSTO. Una mole dacqua ha una
massa di 18,02 g, la massa molecolare dellacqua
è 18,02 u.
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Dal mondo microscopico a quello macroscopico
C O2
CO2
MONDO MICROSCOPICO
1 atomo 1 molecola
1 molecola MA 12 u MM32 u
MM44 u
X N 6,02 x 1023
X N 6,02 x 1023
X N 6,02 x 1023
MONDO MACROSCOPICO
1 mole di atomi 1 mole di molecole 1 mole
di molecole 12 g 32 g
44 g
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Massa molare

• La massa molare di un elemento è la massa
  atomica espressa in grammi.
• La sua unità unità è g/mol (grammi per mole).
• La massa molare è indicata con la lettera M (o
  PM).
• La massa molare può essere dedotta dalla
  Tavola periodica o può essere calcolata.

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Concetto di mole
Diagramma n. 2
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Sintesi
TERMINE CHIAVE DEFINIZIONE
1 U.M.A. Per unità di massa atomica sintende 1/12 dellatomo di carbonio
2 P.A. Il peso atomico è un numero che ci dice quante volte un atomo è più grande dellu.m.a.
3 P.M. Il peso molecolare è un numero che ci dice quante volte un molecola è più grande dellu.m.a.
mole Numero di Avogadro di particelle
Numero di Avogadro Numero di particelle pari a 6,022.1023
7 gr-mole Una grammo-mole è il peso in grammi di una mole di particelle
8 gr-atomo Un grammo-atomo è il peso di una mole di atomi
Gr- molecola Una grammo-molecola è il peso di una mole di molecole
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La Mole al lavoro

• Problemi
• Trovare il numero di moli contenute in una massa
  data di una certa sostanza
• Determinare la massa di una sostanza conoscendo
  il numero delle moli

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Trovare il numero di moli contenute in una massa
data di una certa sostanza

• N moli Massa della sostanza in g
  Massa molare della sostanza g/mol

Es. Trovare il n. di moli contenute in 10 g di
Zolfo
10 g
Massa Zolfo


N moli Zolfo
0,312 mol
32,1 g/mol
Massa molare Zolfo
32
Per facilitare i calcoli
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Es. N. Moli in 32,5 g di Zn (65 u)
Il Magico triangolo
34
Es. N. Moli in 32,5 g di Zn (65 u)
Il Magico triangolo
35
Determinare la massa di una certa sostanza
conoscendo il numero delle moli

• Massa(g) N. di Moli x Massa molare della
  sostanza g/mol

Es. Calcolare la massa di 3,0 moli di Mg (A Mg
24U)
Massa(g)
N. di Moli Mg
x
Massa molare Mg

Massa(g)
3,0

x
24 U
72 g
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Es. la massa di 0,20 moli di CO2
37
Es. la massa di 0,20 moli di CO2
C12 u O16 u
CO2 1.12 2.16 44 u
38
Riepilogo formule per i calcoli

• N. delle Moli

Massa in grammi
Peso Molare
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Formule chimiche e composizione percentuale
Attraverso le formule chimiche che esprimono i
rapporti di combinazione fra gli atomi componenti
è possibile calcolare la percentuale in massa o
composizione percentuale di ciascun elemento
presente nel composto.
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Formule chimiche e composizione percentuale
La composizione percentuale è utile per
determinare la massa effettiva di un elemento
presente in una data massa di composto.
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Formula Minima
Per mezzo dellanalisi qualitativa e quantitativa
si calcolano sperimentalmente le percentuali in
massa degli elementi, da cui si ricava la formula
minima del composto. La formula minima indica il
rapporto di combinazione minimo con cui gli atomi
si legano per formare la molecola.
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Formula Minima
I passaggi per determinare la formula minima sono
i seguenti si scrive la massa m in grammi di
ciascun elemento presente in 100 g di composto,
cioè la sua percentuale in massa si calcola
il numero di moli n di ciascun elemento si
divide il numero di moli di ciascun elemento per
il più piccolo numero di moli calcolato i
numeri interi che si ottengono sono gli indici
numerici della formula si scrivono gli
elementi e in basso a destra di ciascuno il
rispettivo indice.
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La composizione in peso di un composto è 69.9
ferro e 30.1 ossigeno la sua massa molare è
159.7 g/mol. Determinare la formula molecolare
del composto?

• È conveniente impostare il problema in questi
  termini la composizione indica che 100 g del
  composto contengono 69.9 g di Fe e 30.1 g di O.
• 1 passo
• (Fe) 69.9 g / 55.85 g/mol 1.25 moli di Fe(O) 
  30.1 g / 16.0 g/mol 1.88 moli di O
• 2 passo
• 1.25 moli di Fe / 1.25 moli 1 atomo Fe1.88
  moli di O / 1.25 moli 1.5 atomi O
• 3 passo
• Moltiplicando per un fattore 2, si rendono interi
  entrambi i numeri1 Fe x 2 2 Fe1.5 O x 2 3
  OLa formula minima del composto è quindi Fe2O3
• 4 passo
• Si determina il peso della formula minima (55.85
  x 2) (16 x 3) 159.7Poiché il peso della
  formula minima coincide con il peso molecolare
  del composto, Fe2O3 è anche la sua formula
  molecolare si tratta di ossido ferrico.

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Per ricavare la formula molecolare di un composto
è necessario misurare sperimentalmente anche la
sua massa molecolare. La formula molecolare è
un multiplo della formula minima.
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Come calcolare la composizione percentuale dalla
formula molecolare

• Calcolare la composizione percentuale in peso
  dell'acido acetico (CH3COOH)
• In una mole di acido acetico vi sono 2 moli di C,
  4 moli di H e 2 moli di O.
• Convertendo le moli in masse, si ottiene (per una
  mole di sostanza)
• (C) 2 mol x 12 g/mol 24 g di carbonio(H) 4 mol
  x  1 g/mol   4 g di idrogeno(O) 2 mol x 16
  g/mol 32 g di ossigeno    TOTALE 60 g di
  sostanza
• Proporzione per la gt 24 60 x 100
• Quindimassa C 24/60 40massa H  4/60
   6.7massa O 32/60 53.3

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Esempi

• La composizione in peso di un composto è 25.9
  azoto e 74.1 ossigeno la sua massa molare è 108
  g/mol. Determinare la formula molecolare del
  composto.
• Un composto ha formula minima CH2O e una massa
  molare di 180 g/mol. Determinarne la formula
  molecolare.
• Calcolare la composizione percentuale in peso di
  CaCO3 (carbonato di calcio).