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LA MOLE

La mole esprime l’unità di misura della quantità di sostanza e rappresenta la quantità di materia presente in 6,022×1023 particelle, atomi o molecole.

La massa di un atomo è definita dal numero di particelle subatomiche che lo costituisce. Queste risultano estremamente piccole con valori difficilmente quantificabili nel mondo macroscopico:

  • Massa del protone: 1,673×10−27 kg
  • Massa del neutrone: 1,675×10−27 kg
  • Massa dell’elettrone: 9,109×10−31 kg

La massa dell’elettrone può essere considerata trascurabile se paragonata a quella del protone e del neutrone.

Su scala di laboratorio è impossibile riuscire a pesare masse di così esiguo valore. Per questo motivo, si è resa necessaria la quantificazione della materia non più in singole unità di atomi ma in valori discreti. Questo significa che una volta di fronte alla bilancia di laboratorio, non si pesa il singolo atomo di Potassio ma un “pacchetto” di atomi di Potassio.

Questo valore discreto è stato quantificato in 6,022×1023 unità conosciuto anche come numero di Avogadro. Questo numero di atomi di Potassio rappresenta una mole di atomi di potassio. La mole rappresenta lo snodo fondamentale per passare dal mondo microscopico al mondo macroscopico.

Se si prendono 6,022×1023 atomi di 12C, si scopre che questi pesano esattamente 12,0 grammi. Per questo motivo si può definire la mole come l’unità di misura della quantità di sostanza pari al numero di atomi di Carbonio presenti in 12,0 g esatti dell’isotopo-12 del Carbonio.

Il concetto di mole non è solo limitato agli atomi ma può essere esteso anche alle molecole, ai composti ionici e altro.

  • Una mole di molecole d’acqua contiene esattamente 6,022×1023 molecole di H2O.
  • Una mole di ioni Li+ contiene esattamente 6,022×1023 ioni Li+.
  • Una mole di atomi di uranio contiene esattamente 6,022×1023 atomi di Uranio.

CONCETTI CHIAVE:

  • Una mole di particelle è uguale a 6,022×1023 particelle.
  • 6,022×1023 si chiama numero di Avogadro.
  • Il concetto di mole può essere esteso ad atomi, molecole, ioni, composti ionici e altro.

ESERCIZIO SVOLTO:

Determinare il numero di atomi di cloro (Cl) presenti in 0,400 moli di CaCl2.

Ogni molecola di CaCl2 è costituita da 1 atomo di calcio (Ca) e 2 atomi di cloro (Cl).

Pertanto, il numero di atomi di Cl è doppio rispetto al numero di molecole di CaCl2.

Il numero di molecole di CaCl2 è pari a:

0,400 moli x 6,022×1023 molecole/mol = 2,409×1023 molecole di CaCl2

n° atomi Cl = 2 x 2,409×1023 = 4,818×1023

ISOTOPI

Due elementi chimici, con lo stesso numero atomico (Z), ma un differente numero di massa (A), prendono il nome di ISOTOPI.

Vediamo un esempio:

\mathbf{_{6}^{12}\textrm{C}} → Chiamato anche Carbonio-12, è costituito da 6 protoni, 6 neutroni, 6 elettroni;

\mathbf{_{6}^{13}\textrm{C}} → Chiamato anche Carbonio-13, è costituito da 6 protoni, 7 neutroni, 6 elettroni;

\mathbf{_{6}^{14}\textrm{C}} → Chiamato anche Carbonio-14, è costituito da 6 protoni, 8 neutroni, 6 elettroni.

Le tre specie nucleari hanno lo stesso numero di protoni e di elettroni, ma differiscono per il numero di neutroni.

Due elementi chimici, con lo stesso numero atomico (Z), ma un differente numero di massa (A), prendono il nome di ISOTOPI. Gli isotopi hanno lo stesso numero di protoni ed elettroni ma differiscono per il numero di neutroni.

Ciascun elemento della Tavola Periodica è presente sotto forma di diversi isotopi. Il Carbonio è presente come miscela di Carbonio-12, Carbonio-13 e Carbonio-14.

L’isotopo-12 è si trova in una percentuale pari al 98,89%, l’isotopo-13 in percentuale pari all’1,11% mentre l’isotopo-14 è presente solo in piccolissime tracce.

Se fossimo bravi a isolare 1000 atomi di carbonio scopriremmo che 988 sono Carbonio-12, 11 sono Carbonio-13 e, se fossimo molto fortunati, troveremmo un solo Carbonio-14.

I tre isotopi dell’Idrogeno prendono il nome di Prozio (1H), Deuterio (2H), Trizio (3H). Il Prozio rappresenta l’isotopo più abbondante (99,985%), il Deuterio è presente allo 0,015% e si trova nella cosiddetta acqua pesante. Il Trizio è presente in natura in quantità trascurabili.

Figura 1 – Miscela di isotopi che costituiscono gli elementi chimici carbonio e idrogeno

CONCETTI CHIAVE:

  • Due elementi chimici con lo stesso numero atomico ma diversi numeri di massa si definiscono ISOTOPI.
  • Due isotopi differiscono per il numero di neutroni.
  • Un elemento della tavola periodica è costituito da diversi isotopi che hanno differente abbondanza in natura.

ESERCIZIO SVOLTO:

Dati i seguenti numeri atomici e numeri di massa Z=8 e A=16, quale elemento tra quelli sottoelencati può considerarsi isotopo?

a)     Un elemento neutro con 10 elettroni e 10 neutroni;

b)     Un elemento neutro con 10 neutroni e 9 protoni;

c)      Un elemento neutro con 10 neutroni e 8 elettroni;

d)     Un elemento con 8 elettroni e 9 protoni;

Prendiamo in considerazione ciascuna delle opzioni:

a)     L’elemento è elettricamente neutro. Questo implica che il numero di elettroni coincida con il numero di protoni. Pertanto, l’elemento è costituito da 10 protoni, 10 neutroni e 10 elettroni. Z=10, pertanto non è questo l’isotopo ricercato.

b)     Il numero di protoni è uguale a 9. Z=9 pertanto, non è questo l’isotopo ricercato.

c)      L’elemento è elettricamente neutro. Questo implica che il numero di elettroni coincida con il numero di protoni. Pertanto, l’elemento è costituito da 8 protoni, 10 neutroni e 8 elettroni. Z=8 pertanto questo è l’isotopo ricercato.

d)    L’elemento chimico ha un numero di elettroni inferiore di un’unità rispetto al numero di protoni. Pertanto, si tratterà di un catione con una singola carica positiva. Il numero di protoni è tuttavia differente rispetto all’elemento in esame. Dalle informazioni presenti nel punto d non è possibile ricavare il numero di neutroni.