PESO MOLECOLARE. Il peso molecolare di una sostanza è la somma dei pesi atomici di tutti gli atomi nella molecola della sostanza.

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1 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)=5,45 u.m.a. PF(NaCl)=22,99 + 5,45 =58,44 u.m.a.

2 Altri esempi: H 2 SO 4 : peso molecolare = 2 1, , ,999 = 98,078 C 6 H 12 O 6 : peso molecolare = 6 12, , ,999 = 180,156

3 MOLE E MASSA MOLARE Una mole è definita come la quantità di una data sostanza che contiene tante particelle, siano esse atomi, ioni, 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 10 2 Si sceglie il valore di N A in modo che N A atomi/molecole abbiano una massa in grammi numericamente uguale al peso atomico/molecolare. N A particelle (atomi, molecole, etc.) = 1 mole

4 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, atomi di carbonio = 12,011 g di carbonio Per tutte le sostanze la massa molare in grammi è uguale al peso (o massa) molecolare in u.m.a. massa molecolare delle molecole O 2 = 1,998 u.m.a 1,0 mol di 6, ,998 g = = molecole O 2 molecole O 2 di O 2 Le unità di massa molare sono g/mol.

5 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) massa molare (g/mol) n 10,0 g 46,1 g/mol 0,217 mol

6 2) Moli grammi Quanto pesano 0,0654 moli di ZnI 2? PM(ZnI 2 )= 65, ,90 x 2= 19,2 Massa molare di ZnI 2 = 19,2 g/mol Peso = 0,0654 mol x 19,2 g/mol= 20,9 g

7 Massa di un atomo Quanto pesa un atomo di cloro? Massa molare di Cl= 5,5 g/mol 1 mole contiene N A =6,022x10 2 atomi/mol massa atomo Cl 6, ,5 g/mol atomi/mol 5, g/atomo

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

9 Quanti atomi di cloro sono contenuti in 100 g di AlCl? A - 6, B - 1, C - 4, D -, PM(AlCl )= 26,98 + 5,45 x = 1, Moli (AlCl )= 100 g 1, g/mol 0,7500 mol Molecole(AlCl ) 0,750 mol 6,02210 molecole/mol 4, molecole Atomi(Cl) Molecole(AlCl ) , ,5510

10 Percentuali in peso dalla formula Per un atomo A in una data molecola massa di A ne l totale massa % A 100 massa totale

11 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 = 0,0 1 mole 0,0 g massa % C 12,0 g 0, ,0 % massa % H 2 1,01 0,0 g 100 6,7 % massa % O 16,0 g 0, , % N.B. % O = 100% -40,0% -6,7%= 5,%

12 Problemi: 1) Quanti grammi di carbonio ci sono in 8,5 g di CH 2 O? 2) Quali sono le percentuali in peso di NH 4 NO?

13 Determinazione della formula empirica Un composto di azoto ed ossigeno contiene 0,48 g di N e 1,104 g di O. Quale è la formula empirica del composto? N O 0,48 g 14,0 g/mol 1,104 g 16,0 g/mol 0,045 mol 0,0690 mol 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 0,045 N 1,00 0,045 N 0,045 O 0,0690? La formula empirica è NO 2 0,0690 O 2,00 0,045 Si noti che non è possibile conoscere la formula molecolare che potrebbe essere: NO 2 N 2 O 4 N O 6..

14 Un composto è costituito come segue: 17,5 % Na 9,7% 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, 9,7 g di Cr e 42,8 g di O Na 17,5 g 2,0 g/mol 9,7 g 42,8 g 0,761mol Cr 0,76 mol O 2,68 mol 52,0 g/mol 16,0 g/mol più piccolo 0,761 Na 1,00 0,761 2 = 2,00 0,76 Cr 1,00 0,761 2,68 O,52 0,761 2 = 2,00 2 = 7,04 Na 2 Cr 2 O 7

15 Stechiometria La stechiometria è il calcolo delle quantità dei reagenti e dei prodotti implicati in una reazione chimica. Essa si basa sull'equazione chimica e sulla relazione tra massa e moli. Esempio N 2 (g) + H 2 (g) 2NH (g) Tipici problemi della stechiometria sono: - Quanto idrogeno è necessario per produrre 100 Kg di NH? - Quanta NH si ottiene da 100 Kg di N 2?

16 Per rispondere ai problemi precedenti è utile la seguente interpretazione della reazione N 2 (g) + H 2 (g) 2 NH (g) 1 molecola N 2 molecole H 2 2 molecole NH 100 molecole N molecole H molecole NH N A molecole N 2 N A molecole H 2 2N A molecole NH 1 mole N 2 moli H 2 2 moli NH 28,0 g N 2 x 2,02 g H 2 2 x 17 g NH Si noti che una mole è un numero fisso (N A =6,022 x 10 2 ) di molecole (come dozzina )

17 N.B.: Sono possibili anche coefficienti stechiometrici frazionari, in questo caso però: 1/2 N 2 (g) + /2 H 2 (g) NH (g) 1/2 mole N 2 /2 moli H 2 1 mole NH 28,0/2 g N 2 /2 x 2,02 g H 2 17 g NH Ma non 1/2 molecola N 2 /2 molecole H 2 1 molecola NH

18 Esempio N 2 (g) + H 2 (g) 2 NH (g) Quale è la massa di idrogeno necessaria per produrre 907 Kg di ammoniaca? - prima di tutto si calcolano le moli di NH n NH 9, ,0 g NH 5 g NH /mol NH 5, mol NH - dall'equazione chimica si deducono le moli di H 2 : per 2 moli di NH ne servono di H 2 n H2 5, mol NH mol 2 mol H 2 NH 8, mol H 2

19 N 2 (g) + H 2 (g) 2 NH (g) I coefficienti dell'equazione chimica bilanciata danno i fattori di conversione tra le quantità chimiche consumate e prodotte. Conviene utilizzare i rapporti: mol 2 mol H 2 NH 2 mol mol NH Converte da moli di NH a H 2 Converte da moli di H 2 a NH H 2 Controllando l'analisi dimensionale. - Infine si convertono la moli di H 2 in grammi di H 2 m a s s a H2 4 8, mol H 2 2,0 2 g H 2 / mol H 2 1, g H 2

20 Esempio Data la reazione, Fe 2 O (s) + CO (g) 2 Fe (s) + CO 2 (g) Calcolare quanti grammi di ferro si possono produrre da 1,00 Kg di ossido di ferro (III). Le moli di ossido di ferro (III) a disposizione sono: 1,00 10 g n 1Kg = 10 Fe2O = = 6,25 mol grammi 159,6 g/mol Le moli di ferro sono dedotte dall equazione chimica: n Fe = 6,25 mol Fe 2 O 2 mol Fe 1 mol Fe 2O Si calcolano infine i grammi di Fe: = 12,5 mol Fe Massa Fe = n Fe PA Fe = 12,5 mol 55,85 g/mol = 6,98x10 2 g

21 Riepilogando: bisogna passare necessariamente attraverso le moli, perché convertire direttamente tra le masse non è possibile. n A A +... n B B +... grammi PM A A Moli B n n B A moli B PM B

22 LAVORARE CON LE SOLUZIONI DENSITA' La densità di un oggetto è la sua massa per unità di volume d massa volume m V Nel SI (sistema internazionale) l'unità base per la massa è il chilogrammo (Kg). Spesso in chimica si usano dei sottomultipli (in genere il grammo). Per il volume l'unità nel SI è il metro cubo (m ) che però è molto scomodo per l'uso di laboratorio. Si usa quindi il litro: litro (L)= 1 dm = 10 - m A sua volta il litro si può dividere in sottomultipli: 1 ml= 10 - L = 1 cm = 10-6 m

23 SOLUZIONI E CONCENTRAZIONE MOLARE Quando sciogliamo una sostanza in un liquido chiamiamo soluto la sostanza e solvente il liquido. La miscela omogenea risultante è nota come soluzione. Con concentrazione si intende la quantità di soluto sciolta in una data quantità di soluzione (o solvente). La concentrazione molare è definita come moli di soluto per litro di soluzione moli soluto mol M olarità (M ) litri soluzione L Una soluzione di NH 0,15 M contiene 0,15 moli di NH in un litro di soluzione Per preparare una soluzione 0,5 M di NaCl bisogna porre 0,5 moli di NaCl in un pallone tarato di un litro e quindi aggiungere acqua fino al volume di un litro.

24 Esempio Quale è la molarità di una soluzione ottenuta sciogliendo 0,8 g di NaNO fino ad un volume di 50 ml? mol 0,8 g 85,0 g/mol 4,47 10 mol - N an O N an O - 4,47 10 mol molarità L NaNO 0,089 mol/l