Mole
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La mole (o grammo-mole, simbolo mol) è una delle sette unità di misura base del Sistema Internazionale.
| Viene definita come la quantità di sostanza di un sistema che contiene un numero di entità elementari pari al numero di atomi presenti in 0,012 chilogrammi di carbonio-12. |
Tale numero è noto come Numero di Avogadro, ed è approssimativamente pari a 6,023 × 1023.
In conseguenza di tale definizione, la mole di una sostanza chimica - elemento o composto - è approssimabile come una quantità di sostanza espressa in grammi che coincide numericamente con la massa atomica o molecolare della sostanza stessa.
Ad esempio, data la massa atomica del sodio, 22,99, 1 mole di sodio corrisponde a 22,99 grammi (quantità in grammi uguale alla massa atomica).
Altro esempio, il caso di una molecola, data la massa molecolare dell'acqua (H2O), 18,016, 1 mole di acqua corrisponde a 18,016 grammi (quantità in grammi uguale alla massa molecolare).
Un'altra caratteristica della mole è riscontrabile nei gas: una mole di molecole di qualunque gas, in condizioni normali (temperatura di 0°C e pressione di 1013mb) occupa sempre un volume di 22,4L. Così si possono calcolare quante molecole ci sono in un certo volume di gas e anche la sua massa.
Le entità possono essere:
- atomi
- molecole
- ioni
- elettroni (la carica di una mole di elettroni definisce il faraday, pari a 96485 coulomb; da non confondere con l'unità della capacità elettrica, il farad)
- fotoni (una mole di fotoni è detta anche un einstein)
- altre particelle
- gruppi specifici di queste particelle
Si veda: Lista delle particelle, chimica e fisica
In termini più semplici, la mole è un metodo conveniente di contare grandi numeri di particelle.
Quindi: 1 mole di atomi contiene 6,02 × 1023 atomi, 1 mole di molecole contiene 6,02 × 1023 molecole, 1 mole di ioni contiene 6,02 × 1023 ioni,
Una mole di atomi o molecole veniva anche in passato chiamata 'grammo-atomo' o 'grammo-molecola', rispettivamente. Oggi si riferisce alla mole di atomi o molecole come massa molare, cioè la massa in grammi di una sostanza che corrisponde alla mole e si esprime in grammi/mole
Dalla definizione consegue che una mole di una sostanza è una quantità di tale sostanza il cui peso espresso in grammi coincide con il valore del suo peso atomico o peso molecolare. Ad esempio, una mole di acqua corrisponde come abbiamo visto a 18,016 grammi perché la massa molecolare è uguale appunto a 18,016.
Alcuni scienziati si sono dilettati nei calcoli per fare degli esempi concreti di quanto sia grande il numero di Avogadro:
- Se si prendesse un numero di palline da ping pong pari a quello di Avogadro e le si disponesse in modo omogeneo sulla superficie terrestre si raggiungerebbe un altezza di 50 chilometri, ovvero più di 6 volte l'altezza dell'Everest, e si supererebbe l'atmosfera.
- Se si prendesse lo stesso numero di cuori di pop-corn si potrebbero coprire gli Stati Uniti con uno spessore di 9 miglia
- Il numero di tazze d'acqua contenute nell'oceano pacifico è anche simile al numero di Avogadro
- Se la stessa quantità di centesimi di Euro fosse distribuita ogni abitante della terra avrebbe 1 000 000 000 000 Euro.
[modifica] Moli e calcoli
Le moli sono molto utili nei calcoli chimici, in quanto permettono il calcolo dei rendimenti e di altri valori, quando si trattano particelle di massa differente. È inoltre utile perché si evita di usare numeri molto piccoli o molto grandi. Nel seguente esempio, le moli sono usate per calcolare la massa di CO2 emessa, quando viene bruciato 1 g di etano. La formula coinvolta è:
- 3,5 O2 + C2H6 → 2 CO2 + 3 H2O
Qui, 3,5 moli di ossigeno reagiscono con 1 mole di etano, per produrre 2 moli di CO2 e 3 moli di H2O. Si noti che la quantità di molecole non necessita di essere bilanciata su ambo i lati dell'equazione. Questo perché la mole non conta la massa o il numero di atomi coinvolti, ma semplicemente il numero di particelle individuali. Nel nostro calcolo è prima di tutto necessario calcolare il numero di moli di etano che sono state bruciate. La massa di una mole di sostanza è definita come pari alla sua massa atomica o molecolare. La massa atomica dell'idrogeno e pari a 1 g, e la massa atomica del carbonio e pari a 12 g, quindi la massa molecolare del C2H6 è: 2×12 + 6×1 = 30 g. Una mole di etano pesa 30 g. Il quantitativo bruciato era di 1 g, o 1/30 di mole. La massa molecolare della CO2 (con massa atomica del carbonio 12 g e dell'ossigeno 16g) è: 2×16 + 12 = 44g, quindi una mole di anidride carbonica pesa 44 g. Dalla formula sappiamo che:
- 1 mole di etano produce 2 moli di anidride carbonica.
Conosciamo anche la massa delle moli di etano e anidride carbonica, quindi:
- 30 g di etano producono 2×44 g di anidride carbonica.
È necessario moltiplicare per due la massa dell'anidride carbonica perché due moli vengono prodotte. Comunque, sappiamo anche che solo 1/30 dell'etano è stato bruciato. E di nuovo:
- 1/30 di mole di etano produce 2×1/30 di mole di anidride carbonica.
E finalmente
- 30 × 1/30 g di etano producono 44 × 2/30 g di anidride carbonica = 2,93 g
[modifica] Esempi
Convertire in grammi 1,8 mol di ossigeno atomico (O)
Massa atomica dell'ossigeno = 16,00 → 1 mole
16,00 × 1,8 moli = 28,8 grammi.
Convertire in grammi 2,6 mol di ossigeno molecolare (O2)
massa molecolare dell'ossigeno = 32,00 × 2,6 moli = 83,2 grammi.
Convertire in grammi 2,6 mol di cloruro di sodio (NaCl)
massa atomica del sodio = 22,99 + massa atomica del cloro = 35,45 = 58,44 (massa molecolare NaCl)
58,44 × 2,6 = 151,994 grammi.
Convertire in moli 11 g di ammoniaca (NH3)
massa molecolare della NH3 = 3 × 1,008 + 14,01 = 17,34 11 g : 17,34 = 0,634 moli.
Convertire in grammi 67,2 litri di idrogeno in condizioni normali (H2)
67,2L:22,4L/mol=3mol massa molare dell'idrogeno = 1,008g/mol x 2 = 2,016g/mol 3mol x 2,016g/mol = 6,048g
