Talpa è l'unità usata per esprimere la quantità di materia. Una talpa è di circa 6.022 x 1023 particelle. È una delle grandezze fondamentali del Sistema Internazionale di Unità (SI).
Il termine mol deriva dalla parola latina talpe, che significa "una massa", ed è stato introdotto dal chimico tedesco Wilhelm Ostwald.
Qualsiasi sostanza può essere misurata in moli. Possiamo usare la talpa per riferirci a qualcosa di microscopico, come le molecole, o qualcosa di macroscopico, come i semi.
Ad esempio, 1 mole di acqua è pari a 6,022 x 1023 molecole d'acqua. Allo stesso modo, 1 mole di semi è pari a 6,022 x 1023 semi. Si noti che il numero di elementi in una talpa è lo stesso indipendentemente dall'entità analizzata.
L'uso delle moli nei calcoli chimici è particolarmente importante per quantificare le specie chimiche, come atomi, ioni e molecole, coinvolte in una reazione chimica. Inoltre, è possibile fare una proporzione tra una scala atomica e un'altra scala misurabile.
La costante di Mol e Avogadro
Il valore di riferimento utilizzato per standardizzare la quantità di una mole è la massa di 12 g di carbonio-12.
Il carbonio-12 è composto da 6 protoni, 6 neutroni e 6 elettroni. È l'isotopo più abbondante e stabile dell'elemento carbonio.
Lo scienziato italiano Amedeo Avogadro (1776-1856) ha proposto che, nelle stesse condizioni di temperatura e pressione, volumi uguali di gas contengano lo stesso numero di molecole.
Per essere stato un pioniere nello studio del rapporto tra massa in grammi e massa atomica, quando è il numero che fa il collegamento tra questi scoperta nel 20° secolo, la grandezza di una talpa è stata definita, in onore dello scienziato, come la costante di Avogadro. Perciò:
1 mole = 6,02214179 × 1023 particelle
Calcoli molari e di massa
IL massa atomica degli elementi chimici si trova nella Tavola Periodica. Ad esempio, la massa atomica di un atomo di sodio (Na) è di 23 g.
Quindi 1 mole di sodio = 23 g = 6,022 x 1023 atomi di sodio.
Si noti che la talpa, la massa e la costante di Avogadro sono correlate. Se conosciamo almeno uno di questi valori, possiamo determinare gli altri usando una semplice regola del tre, come negli esempi seguenti.
1. Qual è la massa contenuta in 2,5 mol di sodio (Na)?
1 mole 23 g di Na
2,5 moli x
x = 23. 2,5
x = 57,5 g di Na
2. Quante moli ci sono in 30 g di sodio (Na)?
1 mole 23 g di Na
x 30 g di Na
x = 30/23
x ≈ 1,3 mol di Na
3. Quanta materia c'è in 50 g di sodio (Na)?
23 g 6.022 x 1023
50 g x
x = 50. 6.022 x 1023/23
x = 13,09 x 1023 atomi di Na
Dai un'occhiata al Tavola periodica completo e aggiornato.
E la massa molare?
IL massa molare è la massa in grammi contenuta in 1 mol di sostanza e la sua unità di misura è g/mol (grammi per mol). Il sodio, ad esempio, ha 23 g/mol.
Il valore numerico della massa molare di una sostanza chimica è equivalente alla massa molecolare (MM), ovvero alla somma delle masse atomiche degli atomi che la compongono.
Useremo la molecola d'acqua (H2O) come esempio e determinare la massa di 1 mol della sostanza.
1° passo: contare il numero di atomi di elementi chimici nella formula della sostanza.
L'acqua è composta da:
Ossigeno (O): 1 atomo
Idrogeno (H): 2 atomi
2° passo: Consulta la Tavola Periodica per la massa atomica degli elementi.
Nota: per facilitare la comprensione, utilizzeremo valori approssimativi qui.
Ossigeno (O): 16 u
Idrogeno (H): 1 u
3° passaggio: moltiplica le masse degli elementi per il numero di atomi nella sostanza.
Ossigeno (O): 1 x 16 u = 1 x 16 u
Idrogeno (H): 2 x 1 u = 2 u
4° passo: Somma le masse atomiche e determina la massa molecolare.
MMAcqua: 16 u + 2 u = 18 u
Pertanto, la massa molecolare dell'acqua è 18 u e la massa molare è 18 g/mol. Ciò significa che in una talpa ci sono 6.022 x 1023 molecole d'acqua, che corrispondono a 18 grammi.
Pertanto, per determinare il numero di moli dobbiamo conoscere la massa e la composizione chimica della sostanza.
Ora risolviamo qualche altro esempio relativo alle quantità mol, massa e quantità di particelle.
1. Qual è la massa contenuta in 3 moli di acqua (H2O)?
1 mole 18 g di H2o
3 moli x
x = 18. 3
x = 54 g di H2o
2. Quante moli ci sono in 80 g di acqua (H2O)?
1 mole 18 g di H2o
x 80 g di H2o
x = 80/18
x ≈ 4,44 mol di H2o
3. Qual è la quantità di materia in 20 g di acqua (H2O)?
18 g 6.022 x 1023
20 g x
x = 20. 6.022 x 1023/18
x = 6,69 x 1023 Molecole H2o
Impara di più riguardo massa molecolare.
Relazione tra mole e volume molare
A STP, in condizioni normali di temperatura (273 K) e pressione (1 am), un gas occupa un volume di 22,4 L. Questo valore è il volume molare dei gas.
Come proposto da Avogadro, il volume occupato dai gas, indipendentemente dalla loro composizione, è correlato al numero di molecole. Quindi, anche se abbiamo due gas diversi intrappolati in contenitori, se il volume è lo stesso, i due flaconi hanno la stessa quantità di molecole.
Ad esempio, per i gas ossigeno e idrogeno abbiamo la seguente relazione:
1 mole di idrogeno (H2) = 22,4 L = 2 g = 6,022 x 1023 Molecole H2
1 mole di ossigeno (O2) = 22,4 l = 32 g = 6,022 x 1023 O molecole2
Si noti che 1 mole di qualsiasi sostanza allo stato gassoso occupa un volume di 22,4 L, ma la massa sarà diversa perché le composizioni dei gas sono diverse.
Impara di più riguardo Legge di Avogadro.