GRANDEZZE E UNITÀ DI MISURA.

SISTEMA INTERNAZIONALE DI UNITÀ DI MISURA (SI) Un sistema di unità di misura è un insieme di definizioni e di regole: definizioni delle unità assunte come "fondamentali", regole per ottenere da queste le unità di tutte le altre grandezze in uso nella fisica, nella chimica, nella biologia, nelle varie attività tecnologiche e nella vita quotidiana. Nel sistema SI le unità di base sono sette e precisamente: metro, kilogrammo, secondo, ampere, kelvin, mole e candela. Queste unità sono state scelte in modo tale ed in numero tale da poter rappresentare in modo non ambiguo qualunque grandezza fisica che si voglia misurare. I nomi delle unità sono considerati nomi comuni e pertanto si scrivono con l'iniziale minuscola, anche se alcuni di essi derivano da nomi di scienziati (ampere, kelvin). In questo caso però sono invariabili al plurale ed hanno come simbolo una lettera maiuscola (per esempio A per l'ampere e K per il kelvin). Grandezza Unità SI   nome simbolo Lunghezza metro m Massa kilogrammo kg Tempo secondo s Intensità di corrente elettrica ampere A Temperatura termodinamica kelvin K Quantità di sostanza mole mol Intensità luminosa candela cd

Unità derivate dotate di nomi propri Grandezza Unità SI Espressione in funzione di altre Espressione in funzione delle unità SI   Nome Simbolo unità SI Fondamentali Frequenza hertz Hz s-1 Forza newton N m·kg·s-2 Pressione pascal Pa N/m2 m-1·kg·s-2 Energia, lavoro, quantità di calore joule J N·m m2·kg·s-2 Potenza, flusso Energetico watt W J/s m2·kg·s-3 Carica elettrica coulomb C s·A Potenziale elettrico, tensione elettrica volt V W/A m2·kg·s3·A-1

Multipli e sottomultipli 1 000 000 000 000 1012 tera T 1 000 000 000 109 giga G 1 000 000 106 mega M 1 000 103 kilo k 100 102 etto h 10 101 deca da 0,1 10-1 deci d 0,01 10-2 centi c 0,001 10-3 milli m 0,000 001 10-6 micro 0,000 000 001 10-9 nano n 0,000 000 000 001 10-12 pico p Il prefisso precede l'unità di misura con la quale forma il multiplo e sottomultiplo; non può essere usato da solo, né si possono usare due prefissi consecutivi. Si scriverà 1 nm e non 1 mmm, 1pF e non 1mmF. Il simbolo del prefisso è scritto con carattere diritto come il simbolo delle unità, non si lasciano spazi, né si interpone il punto tra i due simboli: 1000 V = 103 V = 1kV 0,000 001 s = 1 x 10-6 s = 1 ms

Sistema MKS : acronimo di Metro, Kilogrammo, Secondo Sistema MKS : acronimo di Metro, Kilogrammo, Secondo. Il sistema MKS comprende solo tre delle sette grandezze fondamentali: lunghezza, massa, tempo. Sistema cgs: acronimo di centimetro, grammo, secondo. É necessario esprimere le unità di misura facendo riferimento allo stesso sistema Ad esempio: 1 l = 1.000•10-3 m3 1 atm = 101.325 Pa 1 erg = 10-7 J

Q U I N D I … Per determinare la grandezza chimico-fisica richiesta dal problema scientifico o tecnologico, se le grandezze occorrenti per l’impostazione e la risoluzione del problema sono disponibili in sistemi diversi, prima di procedere al calcolo, bisogna renderle omogenee, trasformale cioè, nelle corrispondenti di uno stesso sistema. Il calcolo del valore numerico della grandezza richiesta deve essere sempre accompagnato da quello dimensionale.

PESI ATOMICI E MOLECOLARI. LA MOLE.

PESO ATOMICO PESO MOLECOLARE Il PA e PM è formulato rispetto alla massa dell’isotopo 12 del carbonio e come unità di massa atomica (u.m.a.) si prende la dodicesima parte della massa di questo nuclide, un frammento di materia inesistente. Quindi: il PA di un elemento E è il rapporto tra la massa di un atomo dell’elemento e la massa dell’unità di misura → É un numero puro.

Perclorato di potassio KClO4 Il peso in grammi dell’u.m.a., al quale è stato dato il nome di dalton (da) è: 1 u.m.a. = 1 da = 1.66 x 10-24 g Analogamente: il PM è il rapporto tra la massa di una molecola dell’elemento o di un composto e quella dell’unità di misura → É un numero puro → Il PM è uguale alla somma dei pesi atomici degli elementi che costituiscono la molecola ciascuno moltiplicato per il proprio coefficiente stechiometrico. Perclorato di potassio KClO4 Pesi Atomici: K = 39.10 u.m.a.; Cl = 35.45 u.m.a; O = 16.00 u.m.a Peso Molecolare: PA(K) + PA (Cl) + 4 PA (O) = 138.55 u.m.a. Ad esempio:

MOLE E PESO MOLARE La mole è l’unità di misura ( mol ) della quantità di materia. Quanti atomi (o molecole) sono contenuti in una mole? Una mole è la quantità di sostanza che contiene un numero di particelle uguali al numero di atomi contenuti in 0,012 kg dell’isotopo 12 del carbonio. Il valore di riferimento è la costante di Avogadro: N = 6,0221367 • 1023

m (g) = n (mol) • PM (g/mol) A quanti grammi corrisponde una mole? Una mole di atomi di un dato elemento corrisponde ad una quantità in grammi uguale al valore del peso atomico. Più in generale, una mole di molecole di una data sostanza corrisponde ad una quantità pari alla massa molecolare relativa espressa in grammi. 1 mole di ferro corrisponde a ~ 55,85 grammi 1 mole di calcio corrisponde a ~ 40,08 grammi 1 mole di acqua corrisponde a ~ 18,02 grammi Indicando con n il numero di moli, con m la massa in grammi e con PM il peso molecolare, si può scrivere: m (g) = n (mol) • PM (g/mol)

Esempio 1: Calcolare le moli presenti in 1.45 mg di metano. Dati: Metano: CH4 P.M. = PA (C) + PA (H) x 4 = 12.011 + 1.008 x 4 = 16.043 g/mol 1.45 mg = 1.45 x 10-3 g Svolgimento: n (mol) = 1.45 x 10-3 (g) / 16.043 (g/mol) = 9.038 x 10-5 moli di CH4

a moli di A, b moli di B, c moli di C Una mole del composto AaBbCc (pari al suo PM in grammi) contiene: degli elementi A, B, C, la quantità in grammi pari a: mA = aPA(A); mB = bPA(B) ; mC = cPA(C) Il rapporto ponderale del composto è mA : mB : mC

Q U I N D I … La mole è l’unità di misura della quantità di materia; la mole contiene N (costante di Avogadro) molecole o atomi; il peso molare corrisponde al peso molecolare espresso in grammi.

COMPOSIZIONE PERCENTUALE DEI SISTEMI.

qi = parti del componente i-esimo qt = parti totali del sistema i % = Dato un generico sistema a più componenti, la sua composizione può essere espressa in: percentuale in peso, percentuale in volume, percentuale in moli. qi = parti del componente i-esimo qt = parti totali del sistema i % = qi qt X 100

Peso Molare del solfato di alluminio Esempio 2: Calcolare il rapporto ponderale tra gli elementi e la percentuale in peso di ciascuno di essi nel solfato di alluminio. Dati: Al2(SO4)3 Pesi Atomici Al = 26.98 u.m.a.; S = 32.07 u.m.a.; O = 16.00 u.m.a. Peso Molare del solfato di alluminio Al2(SO4)3 = 2 Al + 3 S + (3x4) O = 342.17 g/mol Svolgimento: Una mole di solfato di alluminio contiene: mAl = 2 Al = 2 (mol) • 26.98 (g/mol) = 53.96 g mS = 3 S = 3 (mol) • 32.07 (g/mol) = 96.21 g mO = 12 O = 12 (mol) • 16.00 (g/mol) = 192.00 g mAl : mS : mO = 53.96 g : 96.21 g : 192.00 g

PERCENTUALE IN PESO Al = 2 Al Al2(SO4)3 • 100 = 53.96 342.17 15.77% 96.21 28.12% O = 12 O 192.00 56.11% PERCENTUALE IN PESO

Calcolare la formula minima del composto. Esempio 3. Un composto costituito da Cl e Cr presenta all’analisi la seguente composizione in peso %: Cr 32,81%, Cl 67,19%. Calcolare la formula minima del composto. Dati: CrxCly 67,19% Cl ; 32,81% Cr P.A.(Cl) = 35,453; P.A.(Cr) = 51,996 Svolgimento: 67,19 g di Cl 32,81 g di Cr 100,0 g di campione contengono: 32,81 51,996 = 0,6310 moli di atomi di Cr 67,19 35,453 = 1,8951 moli di atomi di Cl Dividendo ciascun valore per 0.6310 si ottiene la formula minima Cr Cl3

Analisi dei minerali E' un carbonato di calcio e magnesio che deve il suo nome al chimico francese Dolomieu, che per primo lo distinse dalla calcite. Si presenta sotto forma di cristalli romboedrici oppure in aggregati di cristalli a facce curve .  La composizione viene solitamente espressa come % degli ossidi degli elementi che lo costituiscono. Es: dolomite (MgO)x(CaO)y(CO2)z In un minerale, spesso atomi di un elemento sostituiscono atomi di un altro elemento senza che la struttura cristallina del minerale ne risenta. Gli elementi che partecipano alle sostituzioni suddette vengono indicati, nella formula del minerale, tra parentesi e intervallati da virgole; essi sono detti isomorfogeni o vicarianti. Ad esempio, nell’olivina 2(Mg,Fe)O·SiO2, il ferro e il magnesio sono isomorfogeni.

(MgO)(FeO)2(SiO2)1.5 moltiplicando per 2 (MgO)2(FeO)4(SiO2)3 Esempio 4: Determinare la formula di un minerale che dette all’analisi i seguenti risultati: MgO 14.71%; FeO 52.42%; SiO2 32.85%. Il minerale è un’olivina. x : y = (0.367+0.73) : 0.547 14.71/PM(MgO) = 14.71/40.03 = 0.367 52.42/PM(FeO) = 52.42/ 71.8 = 0.73 32.85/PM(SiO2) = 32.85/60 = 0.547 x = 2y 2(Mg,Fe)O.SiO2 Per stabilire in quale proporzione si trovano gli ossidi dividiamo gli indici per il più piccolo di essi: MgO : 0.365/0.365=1 FeO : 0.73/0.365=2 SiO2 : 0.547/0.365=1.5 (MgO)(FeO)2(SiO2)1.5 moltiplicando per 2 (MgO)2(FeO)4(SiO2)3

esercizi 1. Calcolare il peso molecolare dei seguenti composti: a) Cloruro di calcio; b) monossido di carbonio; c) acido solforico 2. Sapendo che la molecola di fosforo è tetraatomica, calcolare a quante moli corrispondono 300 mg di fosforo. 3. Calcolare il volume di una soluzione di KOH al 15.22% in peso ( d = 1.095 g/mL) che contiene 65.5 g di KOH. 4. Calcolare la quantità di carbonio presente in 275 g di CO2.