Misure e Unità di Misura

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1 2. La Mole Misure e Unità di Misura L Incertezza delle Misure - come utilizzare le cifre significative nel calcolo Le Quantità Chimiche - la MOLE - la MASSA MOLARE - la misura dei composti La Determinazione della Formula Chimica - composizione percentuale in massa - formula empirica - formula molecolare Le Soluzioni - concentrazioni

2 Misure e Unità di Misura Sistema Internazionale di unità (SI) Grandezza fisica Unità di misura Grandezza fisica Unità di misura Lunghezza metro m Area metro quadrato m 2 Massa chilogrammo kg Volume metro cubo m 3 Tempo Intensità di corrente elettrica Temperatura Intensità luminosa Quantità di materia secondo ampere kelvin candela mole s A K cd mol Velocità Densità Potenziale elettrico metro per secondo chilogrammo per metro cubo coulomb, C m s kg m -3 A s Risultato della misura = numero x UNITÀ DI MISURA Prefisso Nome Significato Prefisso Nome Significato G giga m milli M mega µ micro k kilo n nano d deci - 10 p pico c centi

3 Misure e Unità di Misura Fattore di Conversione Fattore di Conversione = unità richieste unità date X ESEMPIO 1 Convertire in metri quadrati (m 2 ) un area di X 256 cm 2. unità richieste 1m = 2 unità date 10 cm m 256 cm m Area (m ) = (256 cm ) 2 = = cm 10 cm ESEMPIO 2 Convertire una velocità di 1.5 km s in km h unità richieste unità date Velocita (km h ) = 1h 3600 s = (1.5 km s ) ( ) 2 2 1h 3600 s 1 = m s km s 1h = km h

4 L Incertezza delle Misure Le cifre riportate nella misura si intendono come cifre significative. Es.: In 1.2 cm 3 compaiono 2 cifre significative. Incertezza delle misure (l ultima cifra è imprecisa entro ±0.5 di quella cifra stessa) cm 3 indica che il volume si colloca tra 1.15 e 1.25 cm 3. Significatività dello zero, L significativo 3 cs ml significativo 4 cs kg = 2.5x10-3 kg non significativo 2 cs Come riportare le cifre significative: 1. I risultati delle misure sono sempre incerti, mentre quelli del computo sono sempre esatti. 2. Nell addizione e sottrazione, il numero delle cifre decimali del risultato è identico a quello del dato con minor numero di cifre decimali. 3. Nella moltiplicazione e divisione, il numero di cifre significative del risultato è uguale al minimo numero di cifre significative che compare nei dati. 4. Arrotondamento: per eccesso se >5, per difetto se <5, cifra pari se =5.

5 La Mole Unità fondamentale del SI. Misura la Quantità di Materia Def. Una MOLE (1 mol) è il numero di atomi presenti in 12 g esatti di 12 C. m( 12 C) = x10-23 g (massa assoluta di 1 atomo di 12 C) 12g mole = = x g 23, Numero di Avogadro, N A 1 23 Def. Una MOLE (1 mol) di una sostanza qualsiasi è la quantità di materia che contiene SEMPRE un numero di Avogadro, N A, di particelle di quella sostanza (atomi, molecole, ioni). 12 g GRAFITE 12 g DIAMANTE

6 2x La Mole C 3 H 8 (g) + 5O 2 (g) 3CO 2 (g) + 4H 2 O(l) C 3 H 8 (g) + 5O 2 (g) 3CO 2 (g) + 4H 2 O(l) 4x C 3 H 8 (g) + 5O 2 (g) 3CO 2 (g) + 4H 2 O(l) N A =6.022x10 23 x C 3 H 8 (g) + 5O 2 (g) 3CO 2 (g) + 4H 2 O(l) Una MOLE (1 mol) di una sostanza qualsiasi è la quantità di materia che contiene SEMPRE un numero di Avogadro, NA, di particelle di quella sostanza 1 mol C 3 H 8 (g) + 5 mol O 2 (g) 3 mol CO 2 (g) + 4 mol H 2 O (l) MICROSCOPICO 1 molecola 6.022x10 23 MACROSCOPICO 1 mol di molecole

7 La Mole PM(C 3 H 8 )= 3xPA(C)+8PA(H) u Massa di 1 mol di C 3 H 8 = MM(C 3 H 8 )=Massa Molare=PM(C 3 H 8 )xn A xfc u x 6.022x10 23 x 1.661x10-24 g/u MICROSCOPICO Peso Atomico/ Molecolare/ Formula (u) PESO DI UNA PARTICELLA g mol PM(C 3 H 8 ) = u 6.022x10 23 MACROSCOPICO Massa Molare (g mol ) PESO DI UNA MOLE DI PARTICELLE MM(C 3 H 8 ) = g mol

8 La Mole 6.022x atomo H PA = u 1 mol di H MM = g mol La Massa Molare di una mole di atomi è uguale al Peso Atomico espresso in grammi (g).

9 La Mole 6.022x molecola H 2 PM = u 1 mol di H 2 MM = g mol La Massa Molare di una mole di molecole è uguale al Peso Molecolare espresso in grammi (g).

10 La Mole 6.022x Unità Formula NaCl PF = u 1 Mole NaCl MM = g mol La Massa Molare di una mole di un composto ionico è uguale al Peso Formula espresso in grammi (g).

11 Dalle Definizioni ai Problemi Def. Una MOLE (1 mol) di una sostanza qualsiasi è la quantità di materia che contiene SEMPRE un numero di Avogadro, N A, di particelle di quella sostanza (atomi, molecole, ioni). Numero di Particelle = Numero di Moli x N A Esercizio. Un campione di vitamina C contiene 1.29x10 24 atomi di idrogeno (insieme con altri tipi di atomi). Si esprima tale numero come numero di moli di atomi di idrogeno. Strategia. Abbiamo il numero di atomi di H e conosciamo N A. Dalla formula, possiamo ricavare il dato che ci è richiesto, utilizzando la formula inversa: Numero di Moli = Numero di Atomi di H N A particelle = particelle mol = 2.14 mol

12 Dalle Definizioni ai Problemi Def. La MASSA MOLARE di una mole di atomi, molecole, composti ionici è uguale al PESO ATOMICO, MOLECOLARE, FORMULA, rispettivamente, espresso in grammi (g). Massa del Campione = Numero di Moli x Massa Molare, MM Esercizio. Calcolare il numero di moli di molecole OC(NH 2 ) 2 presenti in 2.3 kg del composto. Strategia. Abbiamo la massa del campione e, dalla formula chimica, ricaviamo la massa molare. Dalla formula, possiamo ricavare il dato che ci è richiesto, utilizzando la formula inversa: PM = PA(O) + PA(C) + 2xPA(N) + 4PA(H) = u MM = g mol Numero di Moli = = Massa del Campione MM g g mol = 38.31mol

13 La Determinazione della Formula Chimica 1. FORMULA EMPIRICA: proporzione numerica tra gli atomi dei vari elementi. Si deduce dalla composizione percentuale in massa. massa percentuale C/H/O Campione di 8.00 g Carbonio 3.27 g 40.9% Idrogeno g 4.58% Ossigeno 4.36 g 54.5% massa di C/H/O nel campione = 100 massa totale campione Ipotizziamo che il campione abbia massa totale di 100 g, da cui possiamo ottenere il Numero delle Moli, con la MM. Campione di 100 g Carbonio 40.9 g Idrogeno 4.58 g Ossigeno 54.5 g massa di C/H/O Numero di Moli C/H/O = MM C/H/O 3.41 mol 4.54 mol 3.41 mol ( ) Divido x 3.41 C 3.41 H 4.54 O 3.41 C 1 H 1.33 O 1 Moltiplico x 3 C 3 H 4 O 3 2. FORMULA MOLECOLARE. Si ottiene conoscendo la massa molare del campione. Per questo campione, MM = g mol MM(C 3 H 4 O 3 ) = 3 x ( g mol ) + 4 x (1.008 g mol ) + 3 x (16.00 g mol ) = g mol g mol = C g mol 6 H 8 O 6

14 Le Soluzioni Def. Una SOLUZIONE è una classe speciale di miscele omogenee costituita da un SOLUTO, ciò che è sciolto, e un SOLVENTE, ciò che scioglie. DETERMINAZIONE DELLA CONCENTRAZIONE 1. MOLARITÀ, M [mol L ] numero moli SOLUTO (mol) M = volume SOLUZIONE (L) 2. MOLALITÀ, m [mol kg ] numero moli SOLUTO (mol) m = massa SOLVENTE (kg) 5. FRAZIONE MOLARE, X moli SOLUTO (mol) X(SOLUTO) = moli (SOLUTO + SOLVENTE) (mol) moli SOLVENTE (mol) X(SOLVENTE) = moli (SOLUTO + SOLVENTE) (mol) X (SOLUTO) + X(SOLVENTE) = 1 3. PERCENTUALE PESO/PESO, %(w/w) massa SOLUTO (kg) %( m/m) = 100 massa (SOLUTO + SOLVENTE) (kg) 4. PERCENTUALE VOLUME/VOLUME, %(v/v) volume SOLUTO (L) %( v / v) = 100 volume (SOLUTO + SOLVENTE) (L)

15 Esercizi Esercizio. Calcolare MOLARITÀ e MOLALITÀ di una soluzione di H 2 SO 4 al 62% (w/w), sapendo che la densità, d = 1.52 g ml. M = moli SOLUTO (mol) volume SOLUZIONE (L) moli SOLUTO (mol) m = massa SOLVENTE (kg) 1 L = 1000 ml dalla densità, 1000 ml 1.52 g ml = 1520 g dalla %(w/w) 62 H SO puro = 1520 = g PM(H 2 SO 4 ) = 2xPA(H) + PA(S) + 4xPA(O) = u MM (H 2 SO 4 ) = g mol massa H SO g 2 4 moli H2 SO4 = = = mol M MM g mol (100 62) massa H O = 1520 = g = kg moli SOLUTO (mol) m = = = mol kg massa SOLVENTE (kg)

16 Esercizi Esercizio. Quanto H 2 SO 4 al 62%, M, e quanta H 2 O sono necessari per ottenere 1.5 L di soluzione 2.0 M? V in x M in = V fin x M fin Mfin Vfin 2.0 mol L 1.5 L = = L - Litri soluzione H M mol L 2 SO 4 iniziale Vin = 1 in V(H 2 O) = 1.5 L L = L Litri H 2 O