Misure e Moli Pesi Atomici, Molecolari, Formula Il peso atomico, PA, è espresso in Unità di Massa Atomica (u, in passato u.m.a.). • Cannizzaro, 1858 → H = 1 u • 1900 – 1961 → O = 16 u • 16 8 O 17 8 O 18 8 O 1961 → L’unità di massa atomica venne definita come la dodicesima parte della massa dell’isotopo naturale più leggero del carbonio. 12 6 C 12u 1.9926x10 23 g 1 u = 1.6605 x 10-24 g I pesi atomici degli elementi sono definiti dalla media ponderata delle masse atomiche dei singoli isotopi, quindi in base alla loro composizione isotopica. •ELEMENTO → Peso Atomico, PA •MOLECOLA → Peso Molecolare, PM PM(H2O) = 2xPA(H)+1PA(O) •COMPOSTO IONICO → Peso Formula, PF PF(NaCl) = 1xPA(Na)+1xPA(Cl) Pesi Atomici, Molecolari, Formula I pesi atomici degli elementi sono definiti dalla media ponderata delle masse atomiche dei singoli isotopi, quindi in base alla loro composizione isotopica. ESEMPIO 35 17 Cl massa = 34.97 u, abbondanza = 75.77% 37 17 Cl massa = 36.97 u, abbondanza = 24.23% 34.97u 75.77 36.97u 24.23 peso atomico 35.45u 100 17 35.453 Cl cloro I Composti Molecolari: Nomenclatura •Si utilizzano i prefissi greci per denotare il numero di ciascun atomo. PCl3 Tricloruro di Fosforo SF6 Esafluoruro di Zolfo N2O Ossido di (bi-)azoto Mono- 1 Di- (bi-) 2 Tri- 3 Tetra- 4 Penta- 5 Esa- 6 •Utilizzo del nome volgare NH3 Ammoniaca N2H4 Idrazina PH3 Fosfina •Il nome dei composti tra idrogeno e i non metalli si declina come quello degli idruri metallici (vedi dopo) HCl Cloruro di Idrogeno (Idrogeno Cloruro) HCN Cianuro di Idrogeno (Idrogeno Cianuro) I Composti Ionici: Nomenclatura 1. I cationi monoatomici sono indicati con il nome dell’elemento, precisandone la carica con la notazione di Stock. + Ag ione argento (I) Fe2+ ione ferro (II) Notazione di Stock Fe3+ ione ferro (III) 2. Gli anioni monoatomici assumono la desinenza –uro, ad eccezione dell’ossigeno che si chiama oss –ido. 2S ione solfuro Cl- ione cloruro O2- ione ossido OH- ione idrossido Anione (oxoanioni) Acido progenitore (oxoacidi) NO 2 nitr –ito HNO2 acido nitr –oso NO3 nitr –ato HNO3 acido nitr –ico ClO ipo– clor –ito HClO ipo– clor –oso ClO 2 clor –ito HClO2 clor –oso ClO3 clor –ato ClO 4 per– clor –ato HClO3 clor –ico HCO3 bi– carbon –ato HClO4 per– clor –ico Misure e Unità di Misura Sistema Internazionale di unità (SI) Grandezza fisica Unità di misura Grandezza fisica Unità di misura Lunghezza metro m Area metro quadrato m2 Massa chilogrammo kg Volume metro cubo m3 Tempo secondo s Velocità m∙s-1 Intensità di corrente elettrica ampere A metro per secondo Temperatura kelvin K Densità chilogrammo per metro cubo kg ∙m- Intensità luminosa candela cd Potenziale elettrico coulomb, C A ∙s Quantità di materia mole mol 3 Risultato della misura = numero x UNITÀ DI MISURA Prefisso Nome Significato Prefisso Nome Significato G giga - 109 m milli - 10-3 M mega - 106 micro - 10-6 k kilo - 103 n nano - 10-9 d deci - 10-1 p pico - 10-12 c centi - 10-2 Misure e Unità di Misura Fattore di Conversione Fattore di Conversione = unità richieste unità date X ESEMPIO 1 X Convertire in metri quadrati (m2) un’area di 256 cm2. 1m unità richieste = 102 cm unità date 2 2 2 1 m 256 cm m 2 2 Area (m ) (256 cm ) 2 2.56 10 2 m2 4 2 10 cm 10 cm ESEMPIO 2 Convertire una velocità di 1.5 km∙s-1 in km∙h-1 1h unità richieste = 3600 s unità date 1 1 h 1.5 km 3600 s 5.4 103 km h1 Velocita (km h-1 ) (1.5 km s-1 ) s 1h 3600 s L’Incertezza delle Misure Le cifre riportate nella misura si intendono come cifre significative. Es.: In 1.2 cm3 compaiono 2 cifre significative. •Incertezza delle misure (l’ultima cifra è imprecisa entro ±0.5 di quella cifra stessa). - 1.2 cm3 indica che il volume si colloca tra 1.15 e 1.25 cm3. •Significatività dello zero, 0. - 22.0 L significativo → 3 cs. - 22.05 mL significativo → 4 cs. - 0.0025 kg = 2.5x10-3 kg non significativo → 2 cs Come riportare le cifre significative: 1. I risultati delle misure sono sempre incerti, mentre quelli del computo sono sempre esatti. 2. Nell’addizione e sottrazione, il numero delle cifre decimali del risultato è identico a quello del dato con minor numero di cifre decimali. 3. Nella moltiplicazione e divisione, il numero di cifre significative del risultato è uguale al minimo numero di cifre significative che compare nei dati. 4. Arrotondamento: per eccesso se >5, per difetto se <5, cifra pari se =5. La Mole Unità fondamentale del SI. Misura la Quantità di Materia Def. Una MOLE (1 mol) è il numero di atomi presenti in 12 g esatti di 12C . m(12C) = 1.9926x10-23 g (massa assoluta di 1 atomo di 12C) 1 mole 12g 6.022x1023, Numero di Avogadro, NA - 23 1.9926 10 g Def. Una MOLE (1 mol) di una sostanza qualsiasi è la quantità di materia che contiene SEMPRE un numero di Avogadro, NA, di particelle di quella sostanza (atomi, molecole, ioni). 12 g GRAFITE 12 g DIAMANTE La Mole C3H8(g) + 5O2(g) 3CO2(g) + 4H2O(l) 2x C3H8(g) + 5O2(g) 3CO2(g) + 4H2O(l) 4x C3H8(g) + 5O2(g) 3CO2(g) + 4H2O(l) NA=6.022x1023x C3H8(g) + 5O2(g) 3CO2(g) + 4H2O(l) Una MOLE (1 mol) di una sostanza qualsiasi è la quantità di materia che contiene SEMPRE un numero di Avogadro, NA, di particelle di quella sostanza 1 mol C3H8(g) + 5 mol O2(g) → 3 mol CO2(g) + 4 mol H2O (l) MICROSCOPICO 1 molecola 6.022x1023 MACROSCOPICO 1 mol di molecole La Mole PM(C3H8)= 3xPA(C)+8PA(H) 44.097 u Massa di 1 mol di C3H8= MM(C3H8)=Massa Molare=PM(C3H8)xNAxFC 44.097 u x 6.022x1023 x 1.661x10-24 g/u 44.097 g∙mol-1 MICROSCOPICO Peso Atomico/ Molecolare/ Formula (u) PESO DI UNA PARTICELLA PM(C3H8) = 44.097 u 6.022x1023 MACROSCOPICO Massa Molare (g∙mol-1) PESO DI UNA MOLE DI PARTICELLE MM(C3H8) = 44.097 g∙mol-1 La Mole 6.022x1023 1 atomo H PA = 1.008 u 1 mol di H MM = 1.008 g∙mol-1 La Massa Molare di una mole di atomi è uguale al Peso Atomico espresso in grammi (g). La Mole 6.022x1023 1 molecola H2 PM = 2.016 u 1 mol di H2 MM = 2.016 g∙mol-1 La Massa Molare di una mole di molecole è uguale al Peso Molecolare espresso in grammi (g). La Mole 6.022x1023 1 Unità Formula NaCl PF = 58.44 u 1 Mole NaCl MM = 58.44 g∙mol-1 La Massa Molare di una mole di un composto ionico è uguale al Peso Formula espresso in grammi (g). Dalle Definizioni ai Problemi Def. Una MOLE (1 mol) di una sostanza qualsiasi è la quantità di materia che contiene SEMPRE un numero di Avogadro, NA, di particelle di quella sostanza (atomi, molecole, ioni). Numero di Particelle = Numero di Moli x NA Esercizio. Un campione di vitamina C contiene 1.29x1024 atomi di idrogeno (insieme con altri tipi di atomi). Si esprima tale numero come numero di moli di atomi di idrogeno. Strategia. Abbiamo il numero di atomi di H e conosciamo NA. Dalla formula, possiamo ricavare il dato che ci è richiesto, utilizzando la formula inversa: Numero di Moli Numerodi Atomidi H NA 1.29 1024 particelle 6.022 1023 particelle mol-1 2.14 mol Dalle Definizioni ai Problemi Def. La MASSA MOLARE di una mole di atomi, molecole, composti ionici è uguale al PESO ATOMICO, MOLECOLARE, FORMULA, rispettivamente, espresso in grammi (g). Massa del Campione = Numero di Moli x Massa Molare, MM Esercizio. Calcolare il numero di moli di molecole OC(NH2)2 presenti in 2.3 kg del composto. Strategia. Abbiamo la massa del campione e, dalla formula chimica, ricaviamo la massa molare. Dalla formula, possiamo ricavare il dato che ci è richiesto, utilizzando la formula inversa: PM = PA(O) + PA(C) + 2xPA(N) + 4PA(H) = 60.03 u MM = 60.03 g∙mol-1 Massa del Campione MM 2.3 103 g 60.03 g mol-1 38.31mol Numero di Moli La Determinazione della Formula Chimica 1. FORMULA EMPIRICA: proporzione numerica tra gli atomi dei vari elementi. Si deduce dalla composizione percentuale in massa. massa percentuale C/H/O Campione di 8.00 g → Carbonio 3.27 g Idrogeno 0.366 g Ossigeno 4.36 g massa di C/H/O nel campione 100 massa totale campione 40.9% 4.58% 54.5% Ipotizziamo che il campione abbia massa totale di 100 g, da cui possiamo ottenere il Numero delle Moli, con la MM. Numero di Moli C/H/O Campione di 100 g → Carbonio 40.9 g Idrogeno 4.58 g Ossigeno 54.5 g Divido x 3.41 C H O 3.41 4.54 3.41 massa di C/H/O MMC/H/O 3.41 mol 4.54 mol 3.41 mol C1H1.33O1 Moltiplico x 3 C3H4O3 2. FORMULA MOLECOLARE. Si ottiene conoscendo la massa molare del campione. Per questo campione, MM = 176.14 g∙mol-1 MM(C3H4O3) = 3 x (12.011 g∙mol-1) + 4 x (1.008 g∙mol-1) + 3 x (16.00 g∙mol-1) = 88.06 g∙mol-1 176.14 g mol-1 2.000 C6H8O6 88.06 g mol-1 Le Soluzioni Def. Una SOLUZIONE è una classe speciale di miscele omogenee costituita da un SOLUTO, ciò che è sciolto, e un SOLVENTE, ciò che scioglie. DETERMINAZIONE DELLA CONCENTRAZIONE 1. MOLARITÀ, M [mol∙L-1] M numero moli SOLUTO (mol) volume SOLUZIONE (L) 2. MOLALITÀ, m [mol ∙kg-1] m numero moli SOLUTO (mol) massa SOLVENTE (kg) 5. FRAZIONE MOLARE, X moli SOLUTO (mol) moli (SOLUTO SOLVENTE) (mol) moli SOLVENTE (mol) X(SOLVENTE ) moli (SOLUTO SOLVENTE) (mol) X(SOLUTO ) X(SOLUTO) X(SOLVENTE) 1 3. PERCENTUALE PESO/PESO, %(w/w) %( m / m) massa SOLUTO (kg) 100 massa (SOLUTO SOLVENTE) (kg) 4. PERCENTUALE VOLUME/VOLUME, %(v/v) %( v / v) volume SOLUTO (L) 100 volume (SOLUTO SOLVENTE) (L) Esercizi Esercizio. Calcolare MOLARITÀ e MOLALITÀ di una soluzione di H2SO4 al 62% (w/w), sapendo che la densità, d = 1.52 g∙mL-1. M moli SOLUTO (mol) volume SOLUZIONE (L) m moli SOLUTO (mol) massa SOLVENTE (kg) 1 L = 1000 mL → dalla densità, 1000 mL ∙ 1.52 g∙mL-1 = 1520 g → dalla %(w/w) H2 SO 4 puro 1520 62 942.4 g 100 PM(H2SO4) = 2xPA(H) + PA(S) + 4xPA(O) = 98.09 u MM (H2SO4) = 98.09 g∙mol-1 massa H2 SO 4 942.4 g moli H2 SO 4 9.613 mol MM 98.09 g mol-1 (100 62) massa H2O 1520 577.6 g 0.5776 kg 100 moli SOLUTO (mol) 9.613 m 16.64 mol ∙kg-1 massa SOLVENTE (kg) 0.5776 9.613 M Esercizi Esercizio. Quanto H2SO4 al 62%, 9.613 M, e quanta H2O sono necessari per ottenere 1.5 L di soluzione 2.0 M? Vin x Min = Vfin x Mfin Mfin Vfin 2.0 mol L-1 1.5 L Vin 0.312 L -1 Min 9.613 mol L V (H2O) 1.5 L - 0.312 L 1.188 L Litri soluzione H2SO4 iniziale Litri H2O