Mole e Numero di Avogadro Classi terze Liceo Scientifico Tecnologico

H O N Principio di Avogadro Volumi uguali di gas diversi, alla stessa pressione e temperatura contengono lo stesso numero di particelle (atomi o molecole) PH=PO=PN TH=TO=TN H O N mH≠mO≠mN

Come ragionano i chimici? Scriviamo l’equazione chimica per la sintesi dell’acqua 2H2 + O2  2H2O

Arrivare al concetto di molecola H2 + Cl2  2HCl 22,4 + 22,4  44,8 2H2 + O2  2H2O 44,8 + 22,4  44,8 N2 + 3H2  2NH3 22,4 + 67,2  44,8

La mole È una quantità in grammi di una sostanza che contiene un numero preciso e ben determinato di particelle (atomi o molecole) Una quantità in grammi di una sostanza Una quantità di particelle Numero di Avogadro Una mole di una sostanza contiene un numero di Avogadro di particelle che corrisponde a 6,02 x 1023 atomi o molecole

Massa atomica relativa di un elemento Definizione È il rapporto tra la massa reale di quel elemento e una massa presa come riferimento (unità di misura) Inizialmente si considerò la massa dell’idrogeno (elemento più leggero) Attualmente si utilizza 1/12 della massa reale del carbonio-12 (unità di massa atomica) La massa atomica relativa è un numero adimensionale È etichettata con la sigla uma Tale unità vale 1,66 x 10-27 Kg

Massa molecolare Nel caso dei composti o delle sostanze elementari la massa molecolare relativa si calcola Sommando le masse degli elementi che costituiscono la molecola Ciascuna moltiplicata per l’indice con cui compare nella formula chimica MMH2 = 2 x 1,0 = 2,0 uma MMAlCl3 = 27 + (3 x 35,5) = 133,5 uma MMH3PO4 = (3 x 1,0) + 31 + (4 x 16) = 98 uma

La mole Definizione: Quindi: È la quantità di sostanza che contiene 6,02 x 1023 particelle elementari (atomi o molecole) Quindi: La mole è una quantità in grammi corrispondente alla massa atomica (molecolare) di quella sostanza La massa molare è espressa in g/mol L’acido oleico ha MM = 282,35 uma L’acido oleico ha m.m. = 282,35 g/mol È utile sapere che esiste anche un volume molare (Vm) È importante per i gas e per i liquidi È diverso per ogni liquido ma contiene sempre lo stesso numero di particelle (numero di Avogadro)

Esercizio Determina il volume molare dell’acqua La massa molecolare dell’acqua è 18 uma La massa molare dell’acqua è 18 g/mol Quindi una mole d’acqua ha massa 18 g Poiché la densità dell’acqua è 1 g/mL, 18 g d’acqua occupano un volume… …di 18 mL …o 0,018 L

Esercizio 2 Determina quante moli d’acqua sono contenute in 1 L 1 L d’acqua ha massa 1000 g (si ricava dalla densità) Se una mole ha massa 18 grammi si può trovare con una proporzione quante moli sono contenute in 1000 grammi Moli = 1000 g/ 18 g = 55,5 mol

Esercizi Calcolate la massa di 6,02x1023 atomi di Osmio Non si deve effettuare alcun calcolo, si consulta la tavola periodica Perché è la massa di una mole di Osmio cioè 190,2 g Calcolate la massa di 0,23 moli di Cobalto (Co) Utilizziamo la formula inversa della relazione posta in alto

Usare una proporzione Possiamo impostare una proporzione partendo dalla convenzione della mole 1 mole è la quantità in grammi di una certa sostanza pari alla sua massa atomica o molecolare 1 mol : MA(MM) g In genere abbiamo la massa di una sostanza o di un elemento quindi (per esempio) 1 molC : 12 gC = x molC : 38,69 gC

Vediamo se siete intelligenti In quale campione troveremo il maggior numero di particelle elementari? 15,5 once di H2SO4 15,5 once di HCl 15,5 once di NaOH 15,5 once di CaCO3 Uguale in tutti e 4 i campioni S = 32 O = 16 Cl = 35,45 Na = 23 H = 1 Ca = 40 C = 12

Analisi elementare È un tipo di analisi che permette di determinare la percentuale (composizione) in massa degli elementi che formano un composto Permette di determinare la formula chimica (minima) di una sostanza e quindi di riconoscerla Riconoscimento di minerali Riconoscimento di sostanze incognite Determinazione e caratterizzazione di sostanze nuove

Composizione % Dalla composizione percentuale possiamo ottenere La formula minima di una sostanza Esprime il rapporto numerico minimo tra gli elementi del composto CH (formula minima) C2H2 (acetilene); C6H6 (benzene) CH2O (formula minima) CH2O aldeide formica; C6H12O6 (glucosio) La formula chimica (molecolare) H2SO4 (acido solforico)

Dalla composizione % alla formula minima Si deve passare dalle masse al numero di moli CaCO3 (carbonato di calcio) Per una molecola di carbonato abbiamo 1 atomo di Ca, 1 atomo di C, 3 atomi di O Per una mole di carbonato abbiamo 1 mole di Ca, 1 mole di C, 3 moli di O Cioè le formule chimiche informano… …sul rapporto numerico tra gli atomi degli elementi… …sul rapporto numerico tra le moli degli elementi… …che formano la sostanza

CxHyOz Come si procede Calcolare la formula minima di un composto del carbonio (organico) che ha la seguente composizione in massa C%=38,69; H%=9,76; O%=51,55 Si prende come riferimento un valore in grammi (100g) Si devono trasformare i grammi in moli moliC = 3,224 mol moliH = 9,76 mol moliO = 3,221 mol

Trovare gli indici della formula minima Si devono dividere per il numero più piccolo x = 3,224 mol / 3,221 mol = 1 moliH = 9,76 mol / 3,221 mol = 3 moliO = 3,221 mol / 3,221 mol = 1 La formula minima sarà CH3O

Dalla formula minima alla formula molecolare Per ottenere la formula molecolare devo conoscere un altro dato ottenibile con altri metodi Massa molecolare Le fasi (avete già la formula minima) Si calcola la massa molecolare della formula minima MMr CH3O = 31 uma Poniamo di aver trovato come massa molecolare del composto il valore di 124 uma Fattore moltiplicativo = 124 uma/31 uma =4 La formula molecolare è allora C4H12O4

Un esercizio Calcolare la formula minima e molecolare di un composto che presenta la seguente analisi elementare: N% = 87,5 H% = 12,5 Il composto ha una massa molecolare di 32,06 uma

Risoluzione 1: passare dalle percentuali ai grammi N% = 87,5  mN = 87,5 g H% = 12,5  mH = 12,5 g 2: trasformare le masse in moli (conoscendo le masse atomiche degli elementi) Utilizzare una proporzione Utilizzare la formula derivata dalla proporzione 3: dividere le moli ottenute per il numero più piccolo di moli per ottenere degli indici interi da introdurre nella formula minima (molN = 6,25; molH = 12,5) NH2 (formula minima)

Risoluzione (formula molecolare) Calcolare la massa della formula minima mNH2 = 14 + 2 = 16 uma Si mettono a rapporto le due masse molecolari relative per trovare il fattore moltiplicativo 32,06/16 ≈ 2 La formula molecolare del composto è quindi N2H4

Schema risolutivo per esercizi con le moli Calcolare il numero di moli Massa (grammi o altra unità di misura) Numero di atomi o molecole

Esercizio dalla massa al n° di particelle Determinare il numero di molecole contenute in 15,4 grammi di anidride carbonica (CO2) N°mol = 15,4 g / 44 (g/mol) = 0,35 mol Moltiplicando per il NA si ottiene il numero di molecole presenti n°mol . NA = 0,35 mol . 6,02 . 1023 = 2,2 . 1023

Esercizio Calcolare quanti atomi di azoto sono contenuti in 72,6 g di diazoturo (N2H4)

Esercizio 3 Calcolare quanto metano (in grammi) ho consumato se ho ottenuto 4,5 x 1024 molecole di anidride carbonica CH4 + 2O2  CO2 + 2H2O

Definizione di massa atomica relativa È il rapporto tra la massa reale di un atomo e l’unità di massa atomica (uma) Cos’è l’unità di massa atomica? È un dodicesimo della massa atomica del carbonio-12 È un numero puro perché deriva da un rapporto di masse L’uma è una quantità in grammi molto piccola Infatti per formare 1 grammo sono necessarie un NA di unità

NA e sua origine Definizione L’origine: È il numero di particelle elementari (atomi o molecole) contenute in una mole di una qualsiasi sostanza È il numero di atomi di carbonio-12 contenuti in 12 grammi di carbonio-12 (cioè una mole di carbonio-12) L’origine: Nasce dalla convenzione utilizzata per definire la mole 16 grammi di O corrispondono ad una mole di O 14 grammi di N corrispondono ad una mole di N 12 grammi di C corrispondono ad una mole di C 44 grammi di CO2 corrispondono ad una mole di CO2 Tutte queste quantità contengono 1 NA di particelle

Esercizio 1 H3PO4 Dalla formula dell’acido orto-fosforico determinare le percentuali in massa dei diversi elementi che lo compongono