Concetto di mole e numero di Avogadro

12 02 2011

mole00Nel linguaggio comune il termine “mole” indica qualcosa di enorme, imponente, monumentale, come nel caso della Mole Antonelliana, simbolo di Torino. In effetti anche in chimica il termine mole è stato introdotto per rendere misurabili, quindi per ingigantire quantità di sostanze che sono veramente troppo piccole per la sensibilità dei nostri strumenti di misura. Le grandezze che si vogliono rendere misurabili sono la massa degli atomi e quella delle molecole. La mole (il suo simbolo è mol) è una delle sette unità fondamentali del Sistema Internazionale (SI) di misura, entrato in vigore il primo gennaio 1978. Questa unità è stata introdotta per misurare la quantità di sostanza.

In base al SI, una mole è la quantità di sostanza che contiene un numero di particelle uguali al numero di atomi di carbonio contenuti in 12 g (0,012 kg) di 12C. Perciò una mole di carbonio-12 ha massa 12 g. Allo stesso modo, una mole di atomi di ossigeno ha massa 16 g; una di sodio 22,99 g e una di rame 63,55 g. In pratica per determinare la massa di una mole di un elemento, basta solo convertire il valore della massa atomica, riportata sulla tavola periodica, da u (dalton) in grammi. La massa atomica espressa in grammi viene detta massa molare di quell’elemento.

Allo stesso modo si arriva alla massa molare dei composti. Infatti conoscendo la formula di un composto chimico, la sua massa molare può essere calcolata addizionando le masse molari di tutti gli atomi presenti nella formula stessa e, se qualche elemento è presente più volte, la sua massa va moltiplicata per il numero di  presenze. Perciò possiamo dire che la massa molare dell’acqua è 18.02 g perché addizioniamo la massa molare dell’atomo di ossigeno (16,00 g) a quella dell’idrogeno (1,008 g) presa due volte. Un altro esempio: la massa molare del glucosio (C6H12O6) è 180,156 g, così ottenuta: (12,01*6)g + (1,008*12)g + (16,00*6)g .

Abbiamo scritto che la mole contiene tante particelle quanti sono gli atomi contenuti in 12 g di 12C, ma quanti sono questi atomi? Qui viene in nostro soccorso Amedeo Avogadro (vedi post ) perché il numero di atomi contenuti in 12 g di 12C è 6,022*1023, un numero enorme, detto Numero di Avogadro. Tra l’altro, Avogadro è l’unico scienziato italiano ad avere il proprio nome associato ad una costante internazionale. Perché una costante? Perché questo numero non rappresenta solo il numero di atomi contenuti in una mole di carbonio-12, ma è anche il numero di atomi contenuti in una mole di sodio, oppure in una mole di rame, di ferro, ecc. Non solo, una mole di ioni ammonio (NH4+) contiene  6,022*1023 ioni ammonio e lo stesso discorso vale per le molecole. Una mole d’acqua contiene 6,022*1023 molecole d’acqua, una mole di ossigeno (O2 , molecola diatomica) contiene  6,022*1023 molecole di O2 , una mole di CO2 contiene 6,022*1023 molecole di CO2 e così via. Naturalmente nel caso delle molecole diatomiche (O2, H2, N2, F2, Cl2, Br2 e I2), una mole di una di queste molecole, contiene un numero di Avogadro di molecole ma, se consideriamo gli atomi, contiene 2*6,022×1023 atomi! Quindi l’espressione “una mole di azoto” senza altre indicazioni è equivoca. Bisogna chiarire se si tratta di una mole di atomi N oppure una mole di molecole N2. In definitiva, una mole di elementi e composti diversi hanno massa diversa e hanno volumi diversi ma contengono tutti lo stesso numero di particelle (atomi, molecole, ioni, unità di formula).

Un ultimo esempio: una mole di solfato di sodio contiene 6,022*1023 gruppi atomici (unità di formula) di Na2SO4 ma a sua volta contiene due moli di atomi di sodio, una mole di atomi di zolfo e quattro moli di atomi di ossigeno.

Su quest’argomento sono fondamentali gli esercizi. Ricorda di avere sempre a portata di mano la tavola periodica e la calcolatrice. Allo stesso modo non devi dimenticare le relazioni:

1.      massa molare = massa atomica di un elemento espressa in grammi.

2.      una mole di atomi corrisponde a 6,022*1023 atomi.

3.      una mole di molecole corrisponde a 6,022*1023 molecole.

4.      una mole di molecole diatomiche contiene 2* 6,022*1023 atomi.

Se vuoi utilizzare simboli o schemi, controlla il tuo libro di testo oppure:  m = massa in grammi; n = ammontare di sostanza in moli; M = massa molare in g/ mol; N = numero di molecole; L = numero di Avogadro; abbiamo le seguenti formule:

M = m/n          m = M*n          n = m/M          N= n*L .

L’immagine è tratta dall’indirizzo:  http://www.cerm.unifi.it/CHGENIN1/lezione2.html e rappresenta la massa di una mole di piombo e quella di una mole di NaCl.

Video sul concetto di mole: l’audio è doppiato da un gruppo di alunni dell’ITIS Majorana di Grugliasco (TO).   

http://video.google.com/videoplay?docid=8098654883555324832#