La Mole e la Costante di Avogadro
Applicazioni della Mole
La massa di una mole di sostanza è chiamata massa molare di quella sostanza. La massa molare viene utilizzata per convertire grammi di una sostanza in talpe ed è usata spesso in chimica. La massa molare di un elemento si trova sulla tavola periodica ed è il peso atomico dell’elemento in grammi / mole (g/mol). Se la massa di una sostanza è nota, è possibile calcolare il numero di talpe nella sostanza. Convertire la massa, in grammi, di una sostanza in talpe richiede un fattore di conversione di (una mole di sostanza/massa molare di sostanza).
Il concetto di talpa è applicabile anche alla composizione di composti chimici. Ad esempio, si consideri il metano, CH4. Questa molecola e la sua formula molecolare indicano che per mole di metano c’è 1 mole di carbonio e 4 moli di idrogeno. In questo caso, la talpa viene utilizzata come unità comune che può essere applicata a un rapporto come mostrato di seguito:
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In questa reazione chimica, le talpe di H e O descrivono il numero di atomi di ciascun elemento che reagiscono per formare 1 mol di \(\ce{H_2O}\).
Per pensare a cosa significa una talpa, si dovrebbe correlarla a quantità come dozzina o coppia. Proprio come una coppia può significare due scarpe, due libri, due matite, due persone o due di qualsiasi altra cosa, una talpa significa 6.02214179×1023 di qualsiasi cosa. Usare la seguente relazione:
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è analogo a dire:
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È abbastanza difficile visualizzare una mole di qualcosa perché la costante di Avogadro è estremamente grande. Per esempio, si consideri la dimensione di un singolo chicco di grano. Se tutte le persone che sono esistite nella storia della Terra non hanno fatto altro che contare i singoli chicchi di grano per tutta la loro vita, il numero totale di chicchi di grano contati sarebbe ancora molto inferiore alla costante di Avogadro; il numero di chicchi di grano prodotti nel corso della storia non si avvicina nemmeno al numero di Avogadro.
Esempio \(\PageIndex{1}\): Conversione della massa in moli
Quante moli di atomi di potassio (\(\ce{K}\)) sono in 3,04 grammi di metallo puro di potassio?
Soluzione
In questo esempio, moltiplicare la massa di \(\ce{K}\) per il fattore di conversione (inverso massa molare di potassio):
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39.10 grammi è la massa molare di una mole di \(\ce{K}\); annullare grammi, lasciando i moli di \(\ce{K}\):
\
allo stesso modo, se i moli di una sostanza sono noti, il numero di grammi di sostanza può essere determinato. La conversione di moli di una sostanza in grammi richiede un fattore di conversione della massa molare della sostanza/una mole di sostanza. Bisogna semplicemente seguire lo stesso metodo ma nella direzione opposta.
Esempio \ (\PageIndex{2}\): Conversione di moli in massa
Quanti grammi sono 10,78 moli di calcio (\(\ce{Ca}\))?
Soluzione
Moltiplica le talpe di Ca per il fattore di conversione (massa molare di calcio) 40,08 g Ca/ 1 mol Ca, che consente quindi l’annullamento delle talpe, lasciando grammi di Ca.
\
Il numero totale di atomi in una sostanza può anche essere determinato utilizzando la relazione tra grammi, moli e atomi. Se viene data la massa di una sostanza e viene chiesto di trovare il numero di atomi nella sostanza, si deve prima convertire la massa della sostanza, in grammi, in talpe, come nell’esempio \(\PageIndex{1}\). Quindi il numero di moli della sostanza deve essere convertito in atomi. La conversione di moli di una sostanza in atomi richiede un fattore di conversione della costante di Avogadro (6.02214179×1023) / una mole di sostanza. Verificare che le unità si annullino correttamente è un buon modo per assicurarsi che venga utilizzato il metodo corretto.
Esempio \ (\PageIndex{3}\): Atomi in massa
Quanti atomi sono in un campione di sodio da 3,5 g (Na)?
Soluzione
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In questo esempio, moltiplicare i grammi di Na per il fattore di conversione 1 mol Na/ 22.98 g Na, con 22.98 g essendo la massa molare di una mole di Na, che consente poi di cancellazione di grammi, lasciando moli di Na. Quindi, moltiplicare il numero di moli di Na per il fattore di conversione 6.02214179 × 1023 atomi Na / 1 mol Na, con 6.02214179 × 1023 atomi che sono il numero di atomi in una mole di Na (costante di Avogadro), che quindi consente l’annullamento delle talpe, lasciando il numero di atomi di Na.
Utilizzando la costante di Avogadro, è anche facile calcolare il numero di atomi o molecole presenti in una sostanza (Tabella \(\PageIndex{1}\)). Moltiplicando il numero di moli per la costante di Avogadro, le unità mol si annullano, lasciando il numero di atomi. La tabella seguente fornisce un riferimento per i modi in cui queste varie quantità possono essere manipolate:
| Known Information | Multiply By | Result |
|---|---|---|
| Mass of substance (g) | 1/ Molar mass (mol/g) | Moles of substance |
| Moles of substance (mol) | Avogadro’s constant (atoms/mol) | Atoms (or molecules) |
| Mass of substance (g) | 1/massa Molare (mol/g) × Avogadro costante (atomi/mol)) | Atomi (o molecole) |
Esempio \(\PageIndex{4}\): Massa di Talpe
quante moli sono in 3.00 grammi di potassio (K)?
Soluzione
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In questo esempio, moltiplicare la massa di K per il fattore di conversione:
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39.10 grammi è la massa molare di una mole di K. Grammi può essere annullato, lasciando i moli di K.
Esempio \ (\PageIndex {5}\): Moli in massa
Quanti grammi sono in 10.00 moli di calcio (Ca)?
Soluzione
Questo è il calcolo nell’esempio \(\PageIndex{2}\) eseguito al contrario. Moltiplicare le talpe di Ca per il fattore di conversione 40,08 g Ca / 1 mol Ca, con 40,08 g come massa molare di una mole di Ca. Le talpe si annullano, lasciando grammi di Ca:
\
Il numero di atomi può anche essere calcolato usando la Costante di Avogadro (6.02214179×1023) / una mole di sostanza.
Esempio \(\PageIndex{6}\): Massa in atomi
Quanti atomi sono in un campione di sodio da 3,0 g (Na)?
Soluzione
Converti grammi in moli
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Converti moli in atomi
\
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