CHIMICA QUANTITATIVA. Massa atomica. Unità di massa atomica. Massa molare

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1 CHIMICA QUANTITATIVA Unità di massa atomica Massa atomica Mole Massa molare 1

2 L unità di misura della massa è pari a 1/12 della massa dell isotopo 12 6C Questa quantità si chiama unità di massa atomica (uma) La massa che compete a 1 uma è: 1 uma = x kg = x g La massa di un atomo di 12 6C corrisponde a 12 volte la massa di 1 uma. La massa atomica del 12 6C è perciò uma. 2

3 La determinazione delle masse atomiche degli altri elementi: Misurando il rapporto tra la massa dell elemento e quella del 12 6C (spettrometro di massa): massa 19 9F massa 12 6C = 1,5832 Il rapporto (adimensionale) viene moltiplicato per la massa del 12 6 Cespressa in uma 1,5832 x 12,00000uma = 18,9984 uma massa del 19 9F 3

4 Dati di massa atomica ottenuti dal sito ufficiale della IUPAC (INTERNATIONAL UNION OF PURE AND APPLIED CHEMISTRY) 4

5 Il valore della massa atomica riportato per il carbonio e per tutti gli elementi che sono presenti in natura sotto forma di miscele isotopiche è un valore medio. La media ottenuta (riportata nella Tav. Periodica: Massa Atomica Relativa Media) è una media pesata che tiene conto delle diverse abbondanze percentuali dei vari isotopi. Nelcasodelcarboniosiha: isotopo massa (uma) abb. frazionaria contributo 12 6 C x = C x = Pertanto, il valore riportato per la massa atomica relativa media del carbonio è Simili considerazioni hanno permesso di stabilire la massa atomica relativa degli altri elementi. 5

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7 I diversi elementi si combinano tra loro per dare un composto secondo rapporti definiti e costanti. Questo rapporto tra gli elementi è riassunto nella formula chimica. La formula chimica ha un significato diverso a seconda che i composti siano presenti o no sotto forma di molecole. Una molecola è un aggregato di atomi che esiste come unità individuale e distinta. La formula di un composto che esiste sotto forma di molecole si chiama formula molecolare. Essa indica il tipo ed il numero esatto degli atomi che sono presenti in ciascuna molecola del composto. I composti che non danno luogo a molecole distinte(es: composti ionici) sono indicati come unità formula.essaindicailtipodegliatomieillororapporto. 7

8 In un composto, la somma delle masse atomiche in uma si chiama MASSA FORMULA (P.F.) Se il composto è molecolare la somma viene detta MASSA MOLECOLARE (P.M.) Molecole e unità formula rimangono entità molto piccole, dell ordine di10 27 kg. Nella pratica chimica vengono trattate quantità di sostanza dell ordine del grammo. 8

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10 Una mole (simbolo: mol) è la quantità di sostanza pura che contiene tante particelle (atomi, molecole, o altre unità fondamentali) quanti sono gli atomi contenuti in 12grammiesattidell isotopo12delcarbonio( 12 C). 10

11 La massa atomica del 12 6C è uma. Quanti atomi di 12 C sono presenti in un numero di grammi di carbonio pari alla sua massa atomica in uma, cioè in 12,00000 g esatti dell isotopo 12 C? 1C 12,00000 uma poiché 1uma=1,660540x10-24 g 12,00000x1,660540x10-24 g : 1(C) = 12,00000 g : N(C) N(C)=12,00000 gx1/(12,00000x1,660540x10-24 g) Quindi avremo: N = 1 g / x10 24 g = x Questo numero N viene chiamato numero di Avogadro Quindi, in 12 g esatti di 12 C c è un numero di Avogadro (N) di atomi ovvero UNA MOLE di 12 C 11

12 Le masse di tutti gli altri atomi sono misurate relativamente all atomo di 12 C. Abbiamo visto che il 19 F è circa 1,5832 volte più pesante di un atomo di 12 C. Qual è la massa di una mole di 19 F? 1mole di 12 C 1mole di 19 F 12 g N atomi? g N atomi [12 x 1,5832 g = 18,998 g] Poiché una mole di 12 C haunamassaesattadi 12 g econtiene x atomi (N atomi) epoiché unamolediuncertoatomocontienesempre lo stesso numero (N) di particelle contenuto in una mole di un altro atomo, una mole di atomi di 19 F ha una massa in grammi 1,5832 volte 12, cioè corrisponde a 18,998 g. N atomi di ossigeno hanno una massa di g N atomi di sodio hanno una massa di g 12

13 Una mole (simbolo: mol) è la quantità di sostanza pura che contiene un numero di Avogadro di particelle, cioè tante particelle (atomi, molecole, o altre unità fondamentali) quanti sono gli atomi contenuti in 12 grammi esatti dell isotopo 12 del carbonio( 12 C). Una mole di qualsiasi sostanza contiene sempre un numero di Avogadro di particelle. La definizione di mole indica che la massa che compete ad una mole di carbonio 12 6Cèparia grammi(esatti). La massa in grammi di una mole di qualsiasi elemento o composto si chiama massa molare (MM). Lamassamolarehaladimensionedigmolmol 1. 13

14 La massa molare di un qualsiasi elemento o composto espressa in grammi è numericamente uguale alla massa atomica (o molecolare) espressa in uma. Ad esempio se di un campione puro dell elemento titanio, la cui massa atomica è 47,867 uma, ne prelevate 47,867 g ne avrete preso 1 mole, ovvero 6,022x10 23 atomi di titanio. Il simbolo di un elemento può essere usato a)per identificare l elemento b) per rappresentare 1 atomo dell elemento c) per rappresentare 1 mole dell elemento Ti 14

15 contiene ha una massa di 18,014 g di H 2 O ovvero 2,0158 g di H e 15,998 g di O 15

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17 NaCl (58,443g) CaCO 3 (100,086g) FeSO 4. 7H 2 O (278,010g) Na 2 O 2 (77,978g) 1 mole 1 mole 1 mole 1 mole 17

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19 n grigio n rosa n moli Masse uguali n moli moli uguali Ammontari uguali 19

20 CONVERSIONE TRA MASSE E MOLI DI UNA SOSTANZA La quantità chimica di una sostanza viene espressa con il numero delle molin numero delle moli n (mol) = massa del campione (g) MM della sostanza (g/mol) 20

21 CONVERSIONE TRA MASSE E MOLI DI UNA SOSTANZA numero delle moli n (mol) = massa del campione (g) MM della sostanza (g/mol) 90,5 g di di H 2 O = a quante moli? Massa molare dell acqua=1 mole di O e 2 moli di H MM H2O = 15,999 g/mol + 2 (1,0079 g/mol ) = 18,015 g/mol 2 n H2O = 90,5 g H2O /18,015 g/mol H2O =5,03 mol H2O massa del camp.(g) = n delle moli (mol) x MM (g/mol) 21

22 La formula di un composto verrà impiegata anche per indicare una quantità del composto pari ad una mole. Così, con la scrittura H 2 SO 4 si indica una quantità del composto pari ad una mole (98,077 g). In questa quantità sono contenute 2 moli di atomi di H (2x1,0079), 1 mole di atomi di S (32.065) e 4 molidi atomidi O (4x15,999). Pertanto, il simbolo di un elemento o la formula molecolare di un composto saranno usati anche per indicare una mole di quell elemento o di quel composto. Inoltre, con la notazione: n H 2 SO 4 = massa in grammi/h 2 SO 4 si indicheranno le moli di H 2 SO 4 (n H 2 SO 4 ) contenute nella massa (espressa in g) di un composto avente massa molare (espressa in g/mol) pari a quella di una mole di H 2 SO 4. 22

23 Le relazioni che legano tra loro massa (in grammi), massa molare (MM, in grammi) e numero delle moli (n) sono di importanza fondamentale. Esse sono la base dei calcoli chimici (stechiometria). Possono essere applicate anche nel caso di volumi di sostanze allo stato liquido, purché se ne conosca la densità. La densità(d) di un campione di sostanza è il rapporto tra la sua massa(m) edilsuovolume(v): d = m/v ed è pertanto la massa dell unità di volume. I valori della densità sono solitamente riportati con le dimensioni di g/cm 3 o g/ml. I valori del volume (e quindi della densità) variano con il variare della temperatura e della pressione. 23

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26 Quante moli di mercurio ci sono in un cilindro graduato contenente 25,4cm 3 di mercurio (d=13,5 g/cm 3 )? Utilizzando la densità trasformiamo il volume nella massa corrispondente 25,4 cm 3 x 13,5 g = 344 g di Hg 1cm 3 Nota la massa, si possono calcolare le moli: 344 g = 1,71 mol Hg 200,59 g/mol Se vogliamo risalire al numero di atomi: 1,71 (moli di Hg) x x (numero di Avogadro) = 1,03 x atomi di Hg 26