MASSE ATOMICHE. 1,000 g di idrogeno reagiscono con 7,9367 g di ossigeno massa atomica ossigeno=2 x 7,9367=15,873 g (relativa all'idrogeno)

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2 MASSE ATOMICHE Sono a volte impropriamente chiamate pesi atomici. All'epoca di Dalton non era possibile pesare i singoli atomi ma solo trovare la massa di un atomo relativa a quella di un altro acqua di riferimento. Es.: 2H 2 + O 2 2H 2 O 1,000 g di idrogeno reagiscono con 7,9367 g di ossigeno massa atomica ossigeno=2 x 7,9367=15,873 g (relativa all'idrogeno) Difficoltà legate alla conoscenza della formula molecolare. Se l'acqua fosse HO avremmo la massa dell'ossigeno pari a 7,9367 g. Inizialmente Dalton riferì le masse atomiche all'idrogeno. Successivamente (Avogadro, Cannizzaro) si passò ad una scala basata sull'ossigeno (fino al 1925)

3 Dal 1969 si usa una scala basata sul carbonio-12 ossia sull'isotopo 12 C A tale isotopo è stata arbitrariamente assegnata una massa di 12 unità di massa atomica. Una unità di massa atomica (u.m.a.)= un dodicesimo della massa dell'atomo di carbonio-12 = 1, Kg Peso atomico= massa atomica media di un elemento allo stato naturale espresso in unità di massa atomica Oggi è possibile misurare accuratamente le masse atomiche tramite uno strumento chiamato spettrometro di massa

4 PESO MOLECOLARE Il peso molecolare di una sostanza è la somma dei pesi atomici di tutti gli atomi nella molecola della sostanza. H 2 O PA(H)=1,0 u.m.a. PA(O)=16,0 u.m.a. PM(H 2 O)=2 x 1,0 + 16,0 =18,0 u.m.a. Nel caso di composti ionici si parla di peso formula di quel composto riferendoci ad unità formula NaCl PA(Na)=22,99 u.m.a. PA(Cl)=35,45 u.m.a. PF(NaCl)=22, ,45 =58,44 u.m.a.

5 Massa molecolare (peso molecolare) = somma delle masse atomiche della molecola Esempi: H 2 SO 4 : massa molecolare = C 6 H 12 O 6 : massa molecolare = 2 1, , ,9994 = 98, , ,008 1, ,9996 = 180,156

6 Masse atomiche ed abbondanza isotopica Calcolo della massa atomica media di un elemento note le abbondanze relative (=frazione del numero totale di atomi costituiti da un dato isotopo) degli isotopi costituenti. Cloro: isotopo massa isotopo abbondanza relativa 34, , Cl 37 17Cl 36, , ,96885 uma x 0,75771 = 26,49625 uma + 36,96590 uma x 0,24229 = 8,95647 uma massa atomica media = 35,45272 uma Lo stesso procedimento può essere applicato ad elementi costituiti da tre o più isotopi di cui sono note le abbondanze relative. La somma delle abbondanze relative di tutti gli isotopi di un dato elemento è uno.

7 Isotopi naturali di alcuni elementi Nuclide Massa relativa % di nuclidi 1 H 1, ,985 2 H 2, ,015 3 He 3, ~ He 4, ~ Li 6, ,42 7 Li 7, ,58 9 Be 9, ~ Be 10, tracce 10 B 10, ,6 11 B 11, ,4 11 C 11, tracce 12 C 12, 98,89 13 C 13, ,11 14 C 14, tracce

8 Il carbonio naturale ha la seguente composizione isotopica: % di 12 C 12 uma % di 13 C uma Calcolare la massa atomica del carbonio. Consideriamo un campione di atomi La loro massa sarà: x x = uma Massa media di un atomo: uma

9 MOLE E MASSA MOLARE Una mole è definita come la quantità di una data sostanza che contiene tante molecole, o unità formula, pari al numero di atomi presenti in 12 g di carbonio-12. Il numero di atomi in un campione di 12 g di carbonio-12 è chiamato numero di Avogadro N A =6,022 x Si sceglie il valore di N A in modo che N A molecole abbiano una massa in grammi numericamente uguale alla massa molecolare. N A particelle (atomi, molecole,, etc.) = 1 mole

10 Una mole di particelle = un numero di Avogadro di particelle 1,0 mol di atomi di carbonio = 6, atomi di carbonio 1,0 mol di molecole di ossigeno = 6, molecole di ossigeno 1,0 mol di elettroni = 6, elettroni 10 23

11 La massa molare di una sostanza è la massa di una mole. Per definizione il carbonio-12 ha massa molare di 12 g. massa atomica degli atomi di carbonio = 12,011 u.m.a 1,0 mol di atomi di carbonio = 6, ,011 g atomi di carbonio di carbonio = Per tutte le sostanze la massa molare in grammi è uguale al peso molecolare in u.m.a. massa molecolare delle molecole O 2 = 31,998 u.m.a 1,0 mol di molecole O 2 = 6, ,998 g = molecole O 2 di O 2 Le unità di massa molare sono g/mol.

12 Calcoli di moli 1) grammi moli A quante moli corrispondono 10,0 g di C 2 H 5 OH? PM(C 2 H 5 OH) =12,0 x 2 +16,0 + 6 x 1,01= 46,1 u.m.a. Massa molare = 46,1 g/mol numero di moli(n) = massa(g) massamolare(g/mol) 10,0g n = = 46,1g/mol 0,217mol

13 2) Moli grammi Quanto pesano 0,0654 moli di ZnI 2? PM(ZnI 2 )= 65, ,90 x 2= 319,2 u.m.a. Massa molare di ZnI 2 = 319,2 g/mol Peso = 0,0654 mol x 319,2 g/mol= 20,9 g

14 Massa di un atomo Quanto pesa un atomo di cloro? Massa molare di Cl= 35,5 g/mol 1 mole contiene N A =6,022x10 23 molecole/mol massa atomo Cl= 35,5g/mol = 5, , atomi/mol -23 g/atomo

15 Numero di molecole per una data massa Quante molecole ci sono in 3,46 g di HCl? PM(HCl)= 1,0 + 35,5=36,5 3,46g n HCl = = 36,5g/mol 0,0948mol Numero di molecole = 0,0948 mol x 6, molecole/mol = = 5, molecole

16 Quanti atomi di cloro sono contenuti in 100 g di AlCl 3? A - 6, B - 1, C - 4, D - 3, PM(AlCl 3 )= 26, ,45 3= 133,33 Moli (AlCl 3 )= 100g 133,33g/mol = 0,7500mol 23 Molecole(AlCl3 ) = 0,750mol 6, molecole/m = 4, molecole Atomi(Cl) = Molecole(AlCl ) 3= 4, = 1,355 10

17 Percentuali in peso dalla formula Per un atomo A in una data molecola massadi Anel totale massa % A= 100 massa totale

18 Esempio Calcolare le percentuali in peso di C, H ed O in CH 2 O PA(C)= 12,0 PA(H)= 1,01 PA(O)= 16,0 PM(CH 2 O)=12,0 + 2 x 1, ,0 = 30,0 1 mole 30,0 g 12,0 g massa % C= 100= 40,0% 30,0g 2 1,01 g massa % H= 100= 6,73% 30,0g 16,0 g massa % O= 100= 53,3% 30,0 g N.B. % O = 100% -40,0% -6,73%= 53,3%

19 Problemi: 1) Quanti grammi di carbonio ci sono in 83,5 g di CH 2 O? Dal problema precedente abbiamo visto che il carbonio costituisce il 40% della massa totale. massadi C massadi C massa % C= 40,0= 100= 100 massatotale 83,5g 83,5g massa di C= 40,0 = ,4g 2) Quali sono le percentuali in peso di NH 4 NO 3?

20 Incertezza sulle misure 29,2 29,25

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28 Determinazione della formula empirica Un composto di azoto ed ossigeno contiene 0,483 g di N e 1,104 g di O. Quale è la formula empirica del composto? N O 0,483g 14,0g/mol 1,104g 16,0g/mol = = 0,0345mol 0,0690mol N 0,0345 O 0,0690? Per ottenere i numeri interi più piccoli delle moli degli elementi si divide ciascun numero di moli per il più piccolo tra quelli ottenuti prima 0,0345 N = 1,00 0,0345 La formula empirica è NO 2 0,0690 O = 2,00 0,0345 Si noti che non è possibile conoscere la formula molecolare che potrebbe essere: NO 2 N 2 O 4 N 3 O 6..

29 Un composto è costituito come segue: 17,5 % Na 39,7% Cr 42,8% O Quale è la sua formula empirica? Si fa riferimento a 100 g di composto che conterranno 17,5 g di Na, 39,7 g di Cr e 42,8 g di O Na 17,5g 23,0g/mol 39,7g 42,8g = 0,761mol Cr = 0,763mol O = 2,68mol 52,0g/mol 16,0g/mol più piccolo 0,761 Na = 1,00 0,761 2 = 2,00 0,763 Cr = 1,00 0,761 2 = 2,00 Na 2 Cr 2 O 7 2,68 O = 3,52 0,761 2 = 7,04

30 Il 2-desossiribosio, uno zucchero costituente il DNA, è costituito solo da carbonio, idrogeno e ossigeno. Un chimico vuole determinare la sua formula empirica per combustione ed ottiene una percentuale in massa di carbonio pari al 44,77% di C e pari al 7,52% di H. Quale è la formula empirica del 2-desossiribosio? Si fa riferimento a 100 g di composto che conterranno 44,77 g di C, 7,52 g di H e (100-44,77 44,77-7,52)=47,717,52)=47,71 g di O C 44,77g 12,01g/mol 7,52g 47,71g = 3,727mol H = 7,46mol O = 2,982mol 1,01g/mol 16,0g/mol più piccolo 3,727 C = 1,25 2,982 4 = 5,00 7,46 H = 2,50 2,982 4 = 10,0 C 5 H 10 O 4 2,982 O = 1, 00 2,982 4 = 4,00

31 Le masse relative di n, e p e per i singoli nuclidi sono riferite a 1/12 della massa del 12 C. In questo modo, il protone, il neutrone hanno massa relativa vicina ad 1. La massa dei vari nuclidi è vicina al numero di massa A.

32 Peso molecolare: somma dei pesi atomici di tutti gli elementi contenuti in una molecola di una sostanza elementare o di un composto 1. I 2 : 126.9x2= H 2 SO 4 : ( x 2) ( x 4) =