Lezione 7 - Docenti.unina

CHIMICA QUANTITATIVA
Unità di massa atomica
Massa atomica
Mole
Massa molare
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L’unità di misura della massa è pari a 1/12 della massa
dell’isotopo 126C
Questa quantità si chiama unità di massa atomica (uma)
La massa che compete a 1 uma è: 1 uma = 1.660540 x 10–27 kg
= 1.660540 x 10-24 g
La massa di un atomo di 126C corrisponde a 12 volte la massa di 1 uma.
La massa atomica del 126C è perciò 12.00000 uma.
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La determinazione delle masse atomiche degli altri elementi:
►Misurando il rapporto tra la massa dell’elemento e quella del
12
6C
(spettrometro di massa):
massa 199F
massa
12
= 1,5832
6C
► Il rapporto (adimensionale) viene moltiplicato per la massa del
12 C espressa in uma
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1,5832 x 12,00000uma = 18,9984 uma
massa del
19 F
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Dati di massa atomica ottenuti dal sito ufficiale della IUPAC
(INTERNATIONAL UNION OF PURE AND APPLIED CHEMISTRY)
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Il valore della massa atomica riportato per il carbonio e per tutti gli
elementi che sono presenti in natura sotto forma di miscele isotopiche è
un valore medio.
La media ottenuta (riportata nella Tav. Periodica: Massa Atomica Relativa
Media) è una media pesata che tiene conto delle diverse abbondanze
Media
percentuali dei vari isotopi.
Nel caso del carbonio si ha:
isotopo
12
6C
13
6C
massa (uma) abb. frazionaria
12.000000
x 0.98892
13.003354
x 0.01108
contributo
= 11.867
= 0.144
––––––––
12.011
Pertanto, il valore riportato per la massa atomica relativa media del
carbonio è 12.011. Simili considerazioni hanno permesso di stabilire la
massa atomica relativa degli altri elementi.
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35.453
6
I diversi elementi si combinano tra loro per dare un composto secondo rapporti definiti e costanti.
Questo rapporto tra gli elementi è riassunto nella formula chimica
chimica. La formula chimica ha un
significato diverso a seconda che i composti siano presenti o no sotto forma di molecole.
Una molecola è un aggregato di atomi che esiste come unità individuale e distinta. La formula di
un composto che esiste sotto forma di molecole si chiama formula molecolare
molecolare. Essa indica il tipo ed
il numero esatto degli atomi che sono presenti in ciascuna molecola del composto.
I composti che non danno luogo a molecole distinte (es: composti ionici) sono indicati come
unità formula
formula.. Essa indica il tipo degli atomi e il loro rapporto.
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In un composto, la somma delle masse atomiche in uma si
chiama MASSA FORMULA (P.F.)
Se il composto è molecolare la somma viene detta MASSA
MOLECOLARE (P.M.)
Molecole e unità formula rimangono entità molto piccole, dell’ordine
di 10–27 kg.
Nella pratica chimica vengono trattate quantità di sostanza
dell’ordine del grammo.
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Una mole (simbolo: mo
moll) è la quantità di sostanza pura
che contiene tante particelle (atomi, molecole, o altre
unità fondamentali) quanti sono gli atomi contenuti in
12 grammi esatti dell’isotopo 12 del carbonio (12C).
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La massa atomica del 126C è 12.00000 uma.
Quanti atomi di 12C sono presenti in un numero di grammi di carbonio pari
alla sua massa atomica in uma, cioè in 12,00000 g esatti dell’isotopo 12C ?
1C ≡ 12,00000 uma
poiché
1uma=1,660540x10-24g
12,00000x1,660540x10-24g : 1(C) = 12,00000 g : N(C)
N(C) = 12,00000 g x1 / (12,00000x1,660540x10-24 g)
Quindi avremo:
N = 1 g / 1.660540 x10–24 g = 6.022137 x 1023
Questo numero N viene chiamato numero di Avogadro
Quindi, in 12 g esatti di 12C c’è un numero di Avogadro (N)
di atomi ovvero UNA MOLE di
12C
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Le masse di tutti gli altri atomi sono misurate relativamente all’atomo di 12C.
Abbiamo visto che il 19F è circa 1,5832 volte più pesante di un atomo di 12C.
Qual è la massa di una mole di 19F?
1mole di 12C
12 g
N atomi
1mole di 19F
?g
N atomi
[12 x 1,5832 g = 18,998 g]
Poiché una mole di
12C
ha una massa esatta di 12 g e contiene 6.022137 x
1023 atomi (N atomi) e poiché una mole di un certo atomo contiene sempre
lo stesso numero (N) di particelle contenuto in una mole di un altro atomo,
una mole di atomi di
19F
ha una massa in grammi 1,5832 volte 12, cioè
corrisponde a 18,998 g.
N atomi di ossigeno hanno una massa di 15.999g
N atomi di sodio hanno una massa di 22.990g
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Una mole (simbolo: mo
moll) è la quantità di sostanza pura che
contiene un numero di Avogadro di particelle, cioè tante
particelle (atomi, molecole, o altre unità fondamentali) quanti
sono gli atomi contenuti in 12 grammi esatti dell’isotopo 12 del
carbonio (12C).
Una mole di qualsiasi sostanza contiene sempre
un numero di Avogadro di particelle.
La definizione di mole indica che la massa che compete ad una mole di
carbonio 126C è pari a 12.00000 grammi (esatti).
La massa in grammi di una mole di qualsiasi elemento o composto si chiama
massa molare (MM).
La massa molare ha la dimensione di g mol –1.
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La massa molare di un qualsiasi elemento o composto
espressa in grammi è numericamente uguale alla massa
atomica (o molecolare) espressa in uma.
Ad esempio se di un campione puro dell’elemento titanio, la cui
massa atomica è 47,867 uma, ne prelevate 47,867 g ne avrete
preso 1 mole, ovvero 6,022x1023 atomi di titanio.
Il simbolo di un elemento può essere usato
Ti
a)per identificare l’elemento
b) per rappresentare 1 atomo dell’elemento
c) per rappresentare 1 mole dell’elemento
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contiene
ha una massa di
18,014 g di H2O
ovvero
2,0158 g di H
e
15,998 g di O
15
5
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NaCl (58,443g)
1 mole
CaCO3 (100,086g) FeSO4.7H2O (278,010g)
1 mole
1 mole
Na2O2 (77,978g)
1 mole
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ngrigio ≠ n rosa
Masse uguali
moli uguali
n moli
n moli
Ammontari uguali
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CONVERSIONE TRA MASSE E MOLI DI UNA SOSTANZA
La quantità chimica di una sostanza viene espressa con il numero
delle moli n
numero delle moli n (mol) =
massa del campione (g)
MM della sostanza (g/mol)
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CONVERSIONE TRA MASSE E MOLI DI UNA SOSTANZA
numero delle moli n (mol) =
massa del campione (g)
MM della sostanza (g/mol)
90,5 g di di H2O = a quante moli?
Massa molare dell’acqua=1 mole di O e 2 moli di H
MMH2O = 15,999 g/mol + 2 (1,0079 g/mol ) = 18,015 g/mol
nH2O = 90,5 gH2O / 18,015 g/molH2O = 5,03 molH2O
massa del camp.(g) = n°
n° delle moli (mol) x MM (g/mol)
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La formula di un composto verrà impiegata anche per indicare
una quantità del composto pari ad una mole.
Così, con la scrittura H2SO4 si indica una quantità del composto
pari ad una mole (98,077 g). In questa quantità sono contenute 2
moli di atomi di H (2x1,0079), 1 mole di atomi di S (32.065) e 4
moli di atomi di O (4x15,999).
Pertanto, il simbolo di un elemento o la formula molecolare di un
composto saranno usati anche per indicare una mole di
quell’elemento o di quel composto. Inoltre, con la notazione:
n H2SO4 = massa in grammi/H2SO4
si indicheranno le moli di H2SO4 (n H2SO4) contenute nella
massa (espressa in g) di un composto avente massa molare
(espressa in g/mol) pari a quella di una mole di H2SO4.
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Le relazioni che legano tra loro massa (in grammi), massa molare (MM, in
grammi) e numero delle moli (n) sono di importanza fondamentale. Esse
sono la base dei calcoli chimici (stechiometria).
Possono essere applicate anche nel caso di volumi di sostanze allo stato
liquido, purché se ne conosca la densità.
La densità (d) di un campione di sostanza è il rapporto tra la sua massa (m)
ed il suo volume (V ) :
d=m/V
ed è pertanto la massa dell’unità di volume.
I valori della densità sono solitamente riportati con le dimensioni di g/cm3 o
g/mL.
I valori del volume (e quindi della densità) variano con il variare della
temperatura e della pressione.
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Quante moli di mercurio ci sono in un cilindro graduato contenente
25,4cm3 di mercurio (d=13,5 g/cm3)?
Utilizzando la densità trasformiamo il volume nella massa
corrispondente
25,4 cm3 x 13,5 g = 344 g di Hg
1cm3
Nota la massa, si possono calcolare le moli:
344 g = 1,71 mol Hg
200,59 g/mol
Se vogliamo risalire al numero di atomi:
1,71 (moli di Hg) x 6.022137 x 1023 (numero di Avogadro) = 1,03 x 10 24 atomi di
Hg
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