2) Massa/peso atomica/o, peso molecolare, concetto di mole e massa molare

Massa atomica e peso atomico

Una grandezza di grande importanza in chimica è la massa atomica. La massa atomica non è solitamente espressa in chilogrammi, infatti, le masse degli atomi misurate in chilogrammi o in grammi sono valori troppo piccoli. Ad esempio, la massa assoluta di un atomo di carbonio-12 corrisponde a 1,99·10^-26 Kg. Quindi non è conveniente, da un punto di vista pratico, usare numeri così piccoli.

È più conveniente infatti usare masse atomiche relative, cioè masse atomiche che sono rapportate a una grandezza di riferimento. Come elemento di riferimento è stato scelto il nuclide carbonio-12. Quindi, le masse di tutti i nuclidi sono determinate relativamente alla massa del nuclide carbonio-12. La massa del nuclide carbonio-12 viene definita unità di massa atomica ed è indicata con u o u.m.a.

Unità di massa atomica

La massa relativa del nuclide carbonio-12 rispetto all’unità di massa atomica è per convenzione uguale a 12. Pertanto, la massa relativa di qualsiasi altro nuclide è il rapporto tra la sua massa assoluta e quella della massa del nuclide carbonio-12.

Molto spesso, invece di massa atomica relativa si usa il termine peso atomico relativo che, in questo caso, ha lo stesso identico significato. Infatti, se indicassimo con:

• A_A MA (E) = massa atomica di un nuclide E relativa alla massa del nuclide carbonio-12.
• A_A PA (E) = peso atomico di un nuclide E relativo alla massa del nuclide carbonio-12.

Quindi, parlare di massa atomica o peso atomico è la stessa cosa.

Distinzione tra massa e peso

Richiamo di fisica: Tuttavia, è importante ricordare che, generalmente, la massa e il peso sono due cose diverse: la massa è una proprietà inalterabile dei corpi, mentre il peso è una forza che dipende dalla massa del corpo sul quale si esegue la misura. Infatti, oggetti della stessa massa, pesati sulla superficie della Luna, danno valori diversi di quelli misurabili sulla Terra. Il peso si misura in Newton (N) e la relazione di proporzionalità tra peso e massa è:

P = peso espresso in Newton (N)
m = massa espressa in kg
g = l’accelerazione di gravità che vale 9,8 N/kg

Riassumendo

Peso atomico (relativo) o massa atomica (relativa) di un nuclide è un numero adimensionale e si esprime come il rapporto tra la sua massa assoluta e la massa del nuclide carbonio-12 (unità di massa atomica). Nel caso in cui si volesse determinare la massa di un nuclide espressa in kg, occorre moltiplicare il peso atomico per l’equivalente in kg dell’unità di massa atomica (1,67 · 10^-27 kg).

Per determinare direttamente i rapporti tra le masse di differenti ioni positivi si utilizza uno strumento: lo spettrometro di massa.

Esempio 1

Si consideri ad esempio il peso atomico del nuclide litio-6 (Li). Il valore, misurato con lo spettrometro di massa, del rapporto tra la massa assoluta di Li e la massa assoluta di carbonio-12 è 0,5012601, che è un numero adimensionale. Dallo spettrometro di massa, il rapporto tra le masse assolute è ovviamente uguale al rapporto tra i pesi atomici relativi (o masse atomiche relative):

0,5012601 · Massa_Li = Massa atomica relativa Li = C₁₂

La massa del carbonio-12 è 12 esatto (per definizione), quindi possiamo scrivere che:

Peso atomico Li = Massa atomica Li = 0,5012601 · 12 = 6,015121 u.m.a

La massa del Li così calcolata non è più assoluta ma relativa alla massa attribuita al carbonio-12.

Esempio 2

Si consideri il peso atomico del nuclide idrogeno-1 (H). Il valore, misurato con lo spettrometro di massa, del rapporto tra la massa assoluta di H e la massa assoluta di carbonio-12 è 0,0839854, che è un numero adimensionale.

Massa_H Dallo spettrometro di massa = 0,0839854
Massa_C

0,0839854 · Massa_H = Massa atomica relativa H