Il passaggio al mondo macroscopico

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1 Il passaggio al mondo macroscopico Possiamo pesare un atomo? L atomo più piccolo (idrogeno, H) pesa g!!! LA MOLE

2 La mole La MOLE è la quantità di sostanza che contiene lo stesso numero di specie elementari (atomi, molecole, ioni) contenuti in 12 g di 12 C Questo numero viene detto NUMERO DI AVOGADRO, mentre la COSTANTE DI AVOGADRO, indicata con il simbolo N A, equivale a N A = mol 1 Questo vuol dire che ci sono oggetti (senza unità di misura) per ogni mole

3 Sia la dozzina che la risma che la mole servono per contare degli oggetti (1 dozzina = 12 oggetti, 1 risma = 500 oggetti, 1 mole = oggetti) La mole è l unità di misura del Sistema Internazionale per la quantità di sostanza (indicata con l abbreviazione mol)

4 Dozzina Numero Migliaio Numero 12 1 dozzina = 12 oggetti 2 dozzine = 24 oggetti ½ dozzine = 6 oggetti 1/3 dozzine = 4 oggetti migliaio = 1000 oggetti 4 migliaia = 4000 oggetti ½ migliaio = 500 oggetti 1/5 migliaio = 200 oggetti 1 mol = oggetti oggetti = 2 mol

5 La mole La COSTANTE DI AVOGADRO vale: N A = mol 1 oggetti costante di Avogadro mol oggetti mol? = = 0.5 mol mol oggetti? = mol costante di Avogadro 2 mol mol = La COSTANTE STUDENTI SCIENZE NATURALI vale: S N = 1000 migl 1 oggetti oggetti migl? = = 3.5 migl 1 costante Studenti S. Naturali 1000 migl migl oggetti? = migl costante Studenti S. Naturali 0.1 migl 1000 migl =100

6 Supponiamo che un atomo di C pesi 12 mg (invece di 12 u) e che la bilancia che abbiamo a disposizione cominci a pesare solo da 1 mg Se pesiamo 1000 atomi di C, avremo 12 mg e saremo in grado di pesarli (cioè 1 migl = 12 mg) In maniera simile, se l O pesasse 16 mg (invece di 16 u), 1 migl di O = 16 mg In un mondo del genere il migliaio (migl) potrebbe sostituire la mole! I fattori di conversione sono in questo caso: 12 mg di C migl 16 mg di O migl

7 C + O C O 12 u 16 u 28 u Se un atomo di C pesasse 12 mg, e se un atomo di O pesasse 16 mg C + O C O Notare che il rapporto tra la massa di un atomo di C e di un atomo di O è 3/4! 12 mg 16 mg 28 mg Se invece della mole usassimo le migliaia... Passiamo dal mondo microscopico al mondo macroscopico prendendo un migliaio di atomi di C e di O...1 migl di atomi di C (12 mg)...1 migl di atomi di O (16 mg) Il rapporto tra la massa di un atomo di C e di un atomo di O è sempre 3/4!...1 migl di molecole di CO (28 mg) C + O C O 1 migl 12 mg 16 mg 28 mg 0.5 migl 6 mg 8 mg 14 mg 2 migl 24 mg 32 mg 56 mg 0.8 migl 9.6 mg 12.8 mg 22.4 mg

8 Quanto è grande una mole? Una mole di piselli coprirebbe gli Stati Uniti per uno spessore di 6 km Un computer in grado di contare 1 miliardo di oggetti al secondo, impiegherebbe 20 milioni di anni per arrivare ad una mole!! Se vinceste una mole di euro alla vostra nascita, spendendo un milione di euro al secondo per il resto della vita, il giorno del 90 compleanno avreste ancora il 99,999999% della somma iniziale!!

9 Quanto è grande una molecola? In una goccia di acqua ci sono molecole Se potessimo dividere le molecole di una goccia di acqua fra tutti gli abitanti della terra ne distribuiremmo 200 miliardi a testa Se rovesciaste un bicchiere d acqua sulla costa tirrenica, immaginando un perfetto mescolamento degli oceani, un bicchiere d acqua raccolto nel mare della Polinesia conterrebbe almeno 100 molecole d acqua originali!

10 FIGURA 2-18 Una mole di un elemento

11 Quanto pesa una mole di H o di O? Un atomo di H pesa 1 u, cioè 1/12 di un atomo di 12 C Una mole di H peserà pertanto 1/12 di una mole di 12 C in quanto contiene lo stesso numero di oggetti ciascuno dei quali pesa 1/12 di ciascun oggetto contenuto nell altro insieme, cioè 1g Un atomo di O pesa 16 u, cioè i 4/3 (16/12) di un atomo di 12 C Una mole di atomi di O pesa, pertanto, i 4/3 (16/12) di una mole di atomi di 12 C, cioè16 g!!

12 La massa molare La MASSA MOLARE (o PESO MOLARE) è la massa di una mole di certa sostanza Essa equivale alla massa molecolare o atomica (o peso molecolare o atomico) espressa in grammi MM(C) = g/mol MM(H 2 O) = g/mol MM(CaCO 3 ) = g/mol

13 Esercizio Determinare la massa molare (MM) di Ni(CH 3 COO) 2, KHSO 4, NaClO 4, Co 2 (CO 3 ) 3

14 Come ricavare il numero di moli? Il NUMERO DI MOLI si ricava dividendo la massa (m) di una specie chimica per la massa molare (MM) della specie m (grammi) n (moli) MM (grammi / mole) Se conosco il NUMERO DI MOLI, la massa (m) di una specie chimica si ricava moltiplicando il numero di moli per la massa molare (MM) della specie m (grammi) = n (moli) MM (grammi / mole)

15 Esercizi A quante moli corrispondono 3.08 g di H 2 O? E g di NaOH? A quanti grammi di CO 2 corrispondono 1.49 mol di CO 2? E 0.55 mol di HCl? Un dato campione di glicerolo (C 3 H 8 O 3 ) pesa g. Calcolare il numero di moli e il numero di molecole presenti. Determinare il numero totale di moli di NH 3 in un campione ottenuto mescolando 7.90 g di NH 3, mol di NH 3 e molecole di NH 3.

16 Esercizi A quante moli corrispondono 3.48 g di H 2 O? Suggerimento: considerando che una mole di H 2 O pesa ~18 g, ~3 g di H 2 O corrisponderanno a poco più di ~1/6 mol, cioè mol. MM di H O = ( ) g / mol = g / mol g mol di H2O = mol g/mol A quanti grammi di CO 2 corrispondono 1.49 mol di CO 2? Suggerimento: considerando che una mole di CO 2 pesa ~44 g, 1.5 mol corrisponderanno a ~66 g. MM di CO = ( ) g / mol = g / mol 2 g di CO =1.49 mol g/mol g 2

17 Formula minima, molecolare e di struttura La FORMULA MINIMA (o EMPIRICA) indica il rapporto con cui gli atomi sono presenti in un composto La FORMULA MOLECOLARE è basata sulla molecola reale del composto in considerazione La FORMULA DI STRUTTURA mostra l ordine con cui gli atomi sono legati fra loro

18 Formula minima e molecolare La FORMULA MINIMA (o EMPIRICA) indica il rapporto con cui gli atomi sono presenti in un composto La FORMULA MOLECOLARE è basata sulla molecola reale del composto in considerazione Formula minima CH 2 O CH 2 O CH 2 O HO NaCl Formula molecolare HCHO (formaldeide) C 2 H 4 O 2 = CH 3 COOH (acido acetico) C 6 H 12 O 6 (glucosio) H 2 O 2 (perossido di idrogeno o acqua ossigenata) NaCl* (cloruro di sodio) * = Unità di formula (vedere più avanti)

19 Formula di struttura (i composti molecolari) Un composto molecolare è formato da unità discrete (le molecole) in cui gli atomi sono tenuti insieme da legami covalenti

20 Formula di struttura (i composti ionici) La combinazione di un non-metallo (a destra della tavola periodica, per es. F e Cl) con un metallo (a sinistra della tavola periodica, per es. Na e Ca) dà in genere un composto ionico (formato da ioni positivi e negativi) Il rapporto tra ioni Na + e Cl in NaCl e tra Ca 2+ e F in CaF 2 è, rispettivamente, 1:1 e 1:2, ma non esistono molecole discrete Perciò, NaCl e CaF 2 vengono spesso chiamate unita di formula

21 Come si leggono le formule? H 2 O significa che una molecola di acqua è formata da due atomi di H e uno di O (non è importante sapere come sono legati) H 2 SO 4 significa che una molecola di acido solforico è formata da due atomi di H, uno di S e quattro di O 2 H 2 O significa che ci sono due molecole di acqua 3 H 2 SO 4 significa che ci sono tre molecole di acido solforico

22 Esercizi Quante moli e quanti atomi di H, S e O ci sono in 1 mol di H 2 SO 4? Per formare una molecola di H 2 SO 4 sono necessari 2 atomi di H, 1 atomo di S e 4 atomi di O; così, per ogni mole di H 2 SO 4 sono necessarie 2 mol di H, 1 mol di S e 4 mol di O; atomi 23 molecole 23 atomi atomi di H = = molecola mol mol atomo 23 molecole 23 atomi atomi di S = = molecola mol mol atomi molecola molecole mol 23 atomi di O = = 2 23 atomi mol

23 Dalla composizione percentuale alla formula molecolare L'analisi qualitativa e quantitativa di un composto di massa molecolare pari a u ha fornito i seguenti risultati: 40.0% di C, 6.6% di H e 53.4% di O. Determinare la formula molecolare. 100 g di composto sono costituiti da 40.0 g di C, 6.6 g di H e 53.4 g di O Per determinare il numero di moli si ricorre alla relazione di conversione tra grammi e moli 40.0 g mol di C = 3.33 mol g/mol 6.6 g mol di H = 6.55 mol g/mol 53.4 g mol di O = 3.33 mol g/mol Il rapporto di combinazione tra gli elementi è dunque C : H : O = 3.33 : 6.55 : 3.33 Espresso in numeri interi (dividendo per il numero più piccolo) è: C : H : O ~ 1 : 2 : 1 La formula minima cercata è quindi: CH 2 O La massa corrispondente alla formula minima CH 2 O è: u u u = u Il rapporto tra le masse delle due formule è: u : 30.03u ~ 6 Pertanto, la formula molecolare può essere ottenuta moltiplicando per 6 tutti gli indici della formula minima: C 6 H 12 O 6 (è un carboidrato, il glucosio)

24 Dalla formula molecolare alla composizione percentuale Qual è la composizione percentuale dell alotano, C 2 HBrClF 3? Per prima cosa si determina la massa molare, si ricavano i rapporti in massa passando attraverso le moli e si convertono in percentuali La massa molare di C 2 HBrClF 3 è g/mol. 2 mol g/mol % di C = % g/mol 1 mol g/mol % di H = % g/mol 1 mol g/mol % di Br = % g/mol 1 mol g/mol % di Cl = % g/mol 3 mol g/mol % di F = % g/mol Pertanto, la composizione percentuale dell alotano è: C, 12.17%; H, 0.51%; Br, 40.48%; Cl, 17.96%; F, 28.88%.

25 Esercizi Un campione di vitamina C pesa 8.00 g ed è costituito da 3.27 g di C, 0.37 g di H e 4.36 g di O. La massa molare è g/mol. Calcolare la formula minima e la formula molecolare. Un composto contenente K, Cr e O ha dato all analisi i seguenti risultati: K, 26.31%; Cr, 35.79%; O, 37.87%. Determinare la formula minima. Determinare le percentuali di C, H e S presenti nell etilmercaptano, di formula molecolare C 2 H 6 S. Qual è la composizione percentuale (in massa) dell adenosina trifosfato (ATP), C 10 H 16 N 5 P 3 O 13? L acido acetilsalicilico ha formula C 9 H 8 O 4. Determinare le percentuali di C, H e O.

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