Mole e numero di Avogadro: calcolo della massa molare e il numero di atomi

In questo appunto vengono analizzati i concetti fondamentali di mole e numero di Avogadro, riportando la formula utile a calcolare il numero di atomi contenuti all’interno di una massa, attraverso anche degli esempi pratici ai fini della comprensione degli argomenti appena esposti.

Mole e numero di Avogadro: cosa sono

La mole è l’unità di misura fondamentale del Sistema Internazionale per la quantità di materia. Viene indicata con la sigla mol e rappresenta la quantità di materia che contiene un numero di particelle elementari pari a quelle presenti in 12 grammi di Carbonio-12 (12C).
Il numero di particelle contenuto in 12 grammi di 12C (Carbonio 12, uno dei diversi isotopi del carbonio presenti in natura) è stato ricavato sperimentalmente da un chimico e fisico italiano di nome Amedeo Avogadro ed è approssimativamente pari al seguente numero:

Questo numero è stato poi definito dallo stesso chimico come numero di Avogadro (NA) o costante di Avogadro.
Il numero di Avogadro, dunque, è una costante fisica che indica il numero di particelle elementari (atomi o molecole) contenute in 1 mole di sostanza, ovvero il numero di atomi di 12C presenti in 12 grammi di tale sostanza.
Sintetizzando, 1 mole di qualsiasi sostanza contiene, per definizione, circa 6,0223·10²³ particelle elementari. Per semplicizzare la definizione, è possibile affermare che una mole comprende 602230000000000000000000 atomi.

Per ulteriori approfondimenti sulla mole e sul numero di Avogadro vedi qua

Massa molare: cosa rappresenta e come viene calcolata

In chimica, è possibile calcolare la massa molare di una sostanza.
La massa molare è la massa di 1 mole di sostanza, ovvero la massa in grammi di 6,022·10²³ particelle di sostanza. Corrisponde alla massa espressa in grammi di sostanza (mg), contenuta in 1 mole di tale sostanza. È riportata con la sigla Mm ed è espressa in g/mol.

La formula per calcolare la massa molare, dunque, è:

(n= numero di moli)

Numericamente la massa molare equivale al peso atomico (PA) o peso molecolare (PM), a seconda che la sostanza sia un atomo o una molecola (formata dall'aggregazione di più atomi). Se si tratta di un elemento chimico fondamentale, il PA può essere direttamente ricavato dalla tavola periodica. Se si tratta di una molecola, il PM può essere calcolato sommando il PA dei singoli elementi che sono presenti nella formula bruta di tale composto.
Tra la massa molare e il PA o PM ciò che cambia è solo l’unità di misura: si passa dall’unità di massa atomica (u) al grammo/mole (g/mol).

Per ulteriori approfondimenti sul calcolo della massa molare vedi qua

Calcolo della massa molare: problemi risolti

Si voglia ora andare a risolvere qualche esercizio, per così comprendere appieno gli argomenti esposti. Un esempio numero è sempre il mezzo più semplice attraverso cui comprendere dei coccetti di teoria complessi. Quale è la massa molare del sodio (Na)?

Poiché:

(ausilio della Tavola Periodica)

Di conseguenza si avrà:

Dunque, la massa molare del sodio è di 22,99 g/mol

Esempio numerico 2

Quale è la massa molare dell'acido solfidrico la cui formula molecolare è la seguente riportata:

Si procede a calcolare il peso molecolare:

Poiché:

(ausilio della Tavola Periodica)

Di conseguenza si avrà che il peso molecolare sarà:

Dunque, la massa molare dell’acido solfidrico è di 31,1 g/mol

Numero di atomi: cosa rappresenta e come viene calcolato

In chimica è possibile, inoltre, calcolare il numero di atomi presenti in una molecola di una data sostanza.
In particolare, per ottenere il numero di atomi (N) contenuti in una molecola di sostanza è necessario eseguire la seguente operazione:

N = n \cdot NA

Poiché, come detto nel primo paragrafo, il numero di Avogadro (NA) è una costante del valore di 6,0223·10²³, se si è a conoscenza del numero di moli (n), tale calcolo risulta semplice.
Se il numero di moli è ignoto, occorre prima calcolarlo dividendo la massa in grammi della sostanza (mg) per la massa molare (Mm), così come riportato dalla formula qua sotto:

n = mg / Mm

Calcolo del numero di atomi: problema risolto

Calcola il numero di atomi di ferro (Fe) presenti in un piccolo cubo di ferro avente massa 24 g.

Poichè:

(ausilio della Tavola Periodica)

Di conseguenza si avrà dunque che:

Dunque si conclude, in un piccolo cubo di ferro avente massa 24 g ci sono 2,6·10²³ atomi di ferro.

Per ulteriori approfondimenti sulla mole e sul numero di Avogadro vedi qua

Approfondimento sul carbonio 12

Il carbonio-12 come già menzionato è utilizzato come punto di riferimento in chimica per quanto riguarda la determinazione dell'uma, ovvero dell'unità di massa atomica unificata, attraverso cui viene assegnato poi il peso atomico di tutti gli elementi nella tavola periodica. Nei secoli è stato scelto questo isotopo del carbonio per differenti motivi. Il Carbonio-12 è un nuclide stabile ed è tra tutti gli isotopi del carbonio quello che è maggiormente presente in natura. Il 98.89% di carbonio è carbonio 12. Il numero atomico del carbonio 12 è pari a 6, mentre il numero di massa è pari a 12. Pertanto, è composto da 6 protoni, 6 neutroni e 6 elettroni. Il carbodio 12 è dunque il nuclide a cui si fa riferimento per la definizione dell'uma. L'uma non è altro che l'unitò di misura con cui viene espressa la mass degli atomi. Si definisce uma come la dodicesima parte della massa di un atomo di carbonio 12 e quindi pari al seguente valore numerico riportato:

.

Inoltre il concetto di mole è anche legato al carbonio 12, che è infatti definita come la quantità di sotanza quanti sono gli atomi presenti in 12 grammi di carbonio 12.