Le quantità chimiche un modo per contare gli atomi...

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1 Secondo la teoria atomica di Dalton la è un elemento distintivo tra atomi Le quantità chimiche un modo er contare gli atomi... ATOMI DIVERSI HANNO MASSA DIVERSA Ma come ossiamo determinare la di un atomo? Non ossiamo nemmeno ensare di renderne uno alla volta... questo è un roblema... Prof.ssa Silvia Recchia 1 2 IPOTESI Le masse delle sostanze si combinano secondo raorti DEFINITI E COSTANTI Facciamo un asso indietro: sia Proust che Dalton avevano lavorato e ragionato sulla base dei raorti tra le masse delle sostanze... ragioniamo con l acqua 1. una determinata quantità d acqua è costituita da un numero finito di articelle (Dalton) Joseh Proust Angers, Dalton avevamo intuito l esistenza degli atomi dai raorti onderali interi, è ragionevole quindi che ci sia un collegamento tra la quantità macroscoica di sostanza e la dei singoli atomi di cui è costituita. 2. le molecole d acqua sono tutte uguali tra di loro, infatti l acqua ha una comosizione definita e costante (Proust) 3. conoscendo la comosizione ercentuale dell acqua (88,8% di O e 11,2% di H) ossiamo stabilire che 100g di tale comosto sono formati da 88,8 g di O e 11,2 g di H. 3 4

2 Quante articelle (molecole) d acqua ci sono in 100 g di tale comosto? Suoniamo ce ne siano, ossiamo trovare la di una molecola d acqua: 100g estendendo e suonendo che in una molecola d acqua ci sia un atomo di ossigeno ed uno di idrogeno HO (regola della massima semlicità) avremo: 100g = + Non riusciamo ancora a determinare la assoluta degli atomi ma riusciamo a stabilire quella relativa: in che raorto stanno la dell atomo di ossigeno e quella dell atomo di idrogeno? articella articella articelle d acqua articelle articelle 5 6 = 88,8 11,2 = 7,93 articella = 7,93! articella ci serve un unità di misura... Se rendiamo l atomo di idrogeno come unità e, er convenzione, stabiliamo che la sua come unitaria (unità di atomica - uma), allora MA(O) = 8 uma MA(H) = 1 uma Otto articelle di idrogeno esano quanto una di ossigeno sono le masse atomiche relative dell ossigeno e dell idrogeno 7 8

3 La strada era ancora lunga erché ben resto fu scoerto che la formula dell acqua era H2O e non semlicemente HO; inoltre l idrogeno non si rivelò un buon riferimento... articelle d acqua 100g 2 = + 2 articelle articelle una nuova unità l idrogeno (er la resenza non trascurabile dei suoi isotoi) si rivelò un riferimento non valido, l unità di atomica tutt oggi utilizzata è 2 = 88,8 11,2! 2 = 16 articella = 16! articella Unità di Massa Atomica (u - uma - Da) Un unità di atomica, 1uma, si definisce esattamente uguale a 1/12 della dell isotoo 12 C 1 uma = (1) g 9 10 ora ossiamo confrontare le masse di atomi e molecole Se rendiamo la nostra nuova unità, allora MA(O) = 15,999 uma MA(H) = 1,008 uma MM(H2O) = 2 MA(H) + MA(O) = 2, ,999 =18 uma sono le masse atomiche relative dell ossigeno e dell idrogeno e della molecola d acqua la scoerta delle molecole di elemento Mentre ci si arrovellava con le masse relative l esimio chimico Gay-Lussac si dedicava allo studio dei gas scorendo che: i volumi (ad es. litri) di gas reagenti o rodotti in una reazione chimica si combinano secondo raorti esrimibili da numeri interi (e generalmente iccoli) Cioè: 2 L di idrogeno + 1 L di ossigeno! 2 L d acqua H H O H2O H2O Non notate qualcosa di strano in questi dati? 11 12

4 I conti non tornano......da dove salta fuori il secondo volume d acqua? Per siegarlo, Avogadro iotizzò che idrogeno e ossigeno fossero formati da molecole biatomiche: H2, O2, oi si scorì che ciò valeva anche er N2, Cl2, I2, Br2. ADESSO Sì CHE I CONTI TORNANO! 2H 2 + O 2! 2H 2 O H2 H2 O2 H2O H2O Volumi uguali gas diversi nelle stesse condizioni di T e P contengono lo stesso numero di molecole ritorniamo ai raorti tra le masse MR(H) : MR(O) = 1 : 16 n n = 1 16 = 2!1 2!16 = 2 32 = 4!1 4!16 = 4 64 raorto (1/16) raorto (1/16) raorto (1/16) = n!1 ingrammidinarticelledih = n!16 in grammidin articelle dio raorto (1/16) quindi masse di idrogeno e ossigeno che stanno in raorto 1/16 contengono lo stesso numero di articelle! Generalizzando: masse di due diverse sostanze che stanno in raorto tra loro ari al raorto tra le masse relative contengono lo stesso numero di articelle. ad esemio, MA(C) = 12 MA(N) = 14 rendendo 12 g di C e 14 g di N atomico siamo sicuri di rendere lo stesso numero di articelle di entrambi gli elementi. riassumendo quantità di sostanza ari alla relativa esressa in grammi contengono lo stesso numero di articelle Cioè, quante? Grazie agli settrometri di si è riusciti a stabilire che 1 uma = (1) g allora 1 atomo di C ha 12 x1.6605(1) g = 19, g avendo 12 g di C avremo: 12 g/19, g = 6, atomi e questo ha valore generale! 15 16

5 la mole e la molare la mole quantità di sostanza ari alla roria relativa esressa in grammi contengono lo stesso numero di articelle, ovvero 6, Tale numero è detto NUMERO DI AVOGADRO Una mole di qualsiasi sostanza, e iù in generale di qualsiasi entità elementare (elettroni, atomi, molecole...), contiene semre un numero di Avogadro (N) di articelle. la MOLE viene definita come la quantità di sostanza di un sistema che contiene un numero di entità elementari ari al numero di atomi resenti in 12 grammi di carbonio -12, cioè un numero di Avogadro. La in grammi di una mole di sostanza (MASSA MOLARE - M) è numericamente uguale alla relativa ed è esressa in g/mol. La quantità di sostanza è una grandezza fondamentale del SI, la mole è la sua unità di misura. Quando si usano le moli le entità elementari devono semre essere secificate (atomi, elettroni, ioni...) la mole e il numero di avogadro la mole e la molare 19 20

6 la mole e il numero di avogadro COME CALCOLARE IL NUMERO DI MOLI Il numero di moli si ricava dal raorto tra la in grammi della sostanza e il valore della sua molare n = m M ( mol) COME CALCOLARE IL NUMERO DI MOLI n = m M ( mol) Quante moli di molecole d acqua sono contenute in 36 g di tale sostanza? MM(H2O) = 18 uma, quindi M(H2O) = 18 g/mol n = m/m = 36 g/18 g mol -1 = 2 mol quante molecole? Abbiamo calcolato che 36 g d acqua corrisondono a 2 moli di molecole, cioè quante? Se una mole corrisonde a 6, (N) molecole, 2 moli conterranno 2N molecole, cioè 12, molecole d acqua. Generalizzando n entità el. = n! N 23 24