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Le sostanze
La materia è costituita da sostanze
Quando esse sono formate da atomi di una sola specie atomica si chiamano sostanze elementari
Quando esse sono formate da atomi di specie diverse si chiamano sostanze composte o composti
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La materia e la sua composizione
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Le miscele
La materia è costituita da miscele omogenee o eterogenee di sostanze elementari e/o composti
Una miscela omogenea è un sistema monofasico
La fase è una parte di un sistema fisicamente definita, ed è caratterizzata da proprietà chimiche e fisiche costanti al suo interno
Esempi di miscela omogenea sono l’acqua di mare, l’aria.
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La Composizione dell’Atmosfera
Componenti Principali, % in volume
• Azoto (N2): 78,08%
• Ossigeno (O2): 20,95%
• Argon (Ar): 0.93%
• Vapore acqueo (H2O): 0,33%
• Anidride carbonica (CO2): 0,032% (320 ppm)
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La Composizione dell’AtmosferaComponenti Secondari
• Neon (Ne): 0,00181% (18 ppm)• Elio (He): 0,0005% (5 ppm)• Metano (CH4): 0,0002% (2 ppm)• Idrogeno (H2): 0,00005% (0,5 ppm)• Kripton (Kr): 0,000011% (0,11 ppm)• Xeno (Xe): 0,000008% (0,08 ppm)• Ozono (O3): 0,000004% (0,04 ppm)• Sono anche presenti, in tracce, Ossidi di
azoto (NO, NO2, N2O), Monossido di carbonio (CO), Ammoniaca (NH3), Biossido di zolfo (SO2), Solfuro di idrogeno (H2S).
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Miscele vs. Composti
La composizione di un composto é costante ed invariabile
La composizione di una miscela è variabile
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Miscele vs Composti o elementi
Miscele
Ferro
Acqua potabile
acciaio
Composti o elementi
Acqua
Fe
H2O
Carbone carbonio
Acqua marina
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Miscele omogenee vs eterogenee
Miscele omogenee
Soluzioni
gas
Lega (acciaio-ottone)
Miscele eterogenee
Sospensione
Fumo- nebbia schiuma-gel
Materiali compositi
rocceBenzina
plastica plastica
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In una reazione chimica come faccio a contare gli atomi che reagiscono?
Non li posso contare e quindi posso riscorrrere a misurare la
loro massa.
Ciò vuol dire che occorre una correlazione tra massa misurata di un elemento o composto ed un certo numero di atomi noto
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La moleLe grandezze fondamentali e le unita' di misura nel
Sistema Internazionale (SI)
Grandezza fondamentale
Unita’ Simbolo
lunghezza metro m
massa kilogrammo Kg
tempo secondo s
corrente elettrica ampere A
temperatura kelvin K
intensita’ luminosa candela cd
quantita’ di sostanza
mole mol
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La mole descrive una quantità di sostanza correlandola ad un numero di
particelle
La mole è la quantità di sostanza che contiene un numero N di particelle che
devono essere specificate.
La mole
N è il numero di nuclidi che stanno in esattamente 12 g
di 12C.
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La massa in g di una mole di 12C è per definizione 12 g.
La mole
N = 6,0221367(36) ×1023
Poiché N è un numero per mole, esso ha unità di misura
mol-1 ed è chiamata costante di Avogadro.
NA = 6,0221367(36) ×1023 mol-1
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Una mole di 23Na è la quantità di sostanza che contiene N atomi di
23Na
La mole
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Mole e massa molareMoli di sostanze diverse hanno massa diversa !
In una reazione o in una formula chimica contano le moli, non i grammi!
NA= 6,0221367(36) ×1023 NA= 6,0221367(36) ×1023
=12C =16O
Massa di una mole =12 g Massa di una mole =15,9949 g
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Mole e massa molare
Una mole di sostanza diverse ha peso diverso !
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EsempiUna mole di CO2 contiene NA molecole di CO2
Una mole di NaCl contiene NA ioni Na+ e NA ioni di Cl-
Una mole di Na2SO4 contiene 2NA ioni Na+ ed NA ioni di SO4
2-
Una mole di SiO2 contiene NA atomi di Si ed 2NA atomi di O
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Costante di Avogadro (NA)NA e’ stata scelta in modo che la massa di una mole di atomi di 12C, esattamente 12 g, abbia lo stesso valore numerico della massa di un singolo atomo di 12C, esattamente 12 u.m.a.
Il risultato è che per tutti gli elementi il valore numerico della massa in grammi di una mole di atomi e la massa atomica media pesata in unità di massa atomica sono UGUALI!!!
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Massa molare = massa di una mole di atomi
Rapporto fra massa (in grammi) e quantità di sostanza (in moli), quindi ha come unità di misura g mol-1. Si indica con M
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Reazioni chimiche e mole
In una reazione o in una formula chimica contano le moli, non i grammi!
Es: C + O2 CO2
12 g di C reagiscono con 32 g di O2 per dare 44 g di CO2
Ma che corrispondono 1 mole di C, 1 mole di O2 e una mole di CO2 quindi allo stesso numero di particelle.
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Stechiometria: quella parte della chimica che riguarda le quantità delle
specie che partecipano a reazioni
Massa molare= grammi/ n.moli
n. moli= grammi/ massa molare
g=g*mol-1*mol
g *mol-1 =g/mol
mol =g/g*mol-1
volume molare= volume/ n. moli mol =dm3/mol
Per i gas:
grammi di sostanza= massa molare x n.moli
n. moli= volume/ volume molare mol =dm3/dm3 mol-1
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Esercizi
Ho un campione di zolfo che pesa 4.07 g.
(a)Quante moli di zolfo sono presenti?(b) Qual è il numero totale di atomi di zolfo nel campione?
n. moli= grammi/ massa molare mol =g/g*mol-1
n. moli= 4.07 g/ 32.07 g mol-1 = 0.127 mol
(a)
(b) n. atomi= moli x NA atomi =mol x mol-1
n. atomi= 0.127 mol x 6.022 x 1023 mol-1 = 7.64 x 1022 atomi
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Esercizi
Ho questo composto C2HBrClF3.
(a) Quanti atomi di C sono presenti per mole del composto?
1 mole di C2HBrClF3 contiene 2 moli C Quindi:
n. atomi di C = 1 mol x 2 x 6.022 x 1023 mol-1 = 1.202 x 1024
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Esercizi
Determinare le moli di CuSO4 5H2O che sono contenute in 15 g?
n. moli= grammi del composto/ massa molare del composto
massa molare del composto = massa atomica di Cu (63,55) + massa atomica di S (32,07) + 4 x massa atomica di O (15,9994) + 10 x massa atomica di H (1,008) + 5 x massa atomica di O (15,9994) = 249,7 g mol-1
n. moli= 15 g/ 249,7 g mol-1 = 6,008 x 10-2 mol
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EserciziCalcolare quanti grammi dell’elemento idrogeno e
dell’elemento ossigeno sono contenuti in 1,00 g di H2O?
n. moli= grammi del composto/ massa molare del composto
massa molare del composto = massa atomica di O (15,9994) + 2 x massa atomica di H (1,008) = 18,02 g mol-1
n. moli di H2O= 1 g/ 18,02 g mol-1 = 0,0555 mol
n. moli di ossigeno = n. moli di H2O n. moli di idrogeno = 2 x n. moli di H2O
grammi di ossigeno = 0,0555 mol x 15,9994 g mol-1 = 0,888 ggrammi di idrogeno = 0,0555 mol 2 x 1,008 g mol-1 = 0,112 g
grammi di sostanza= massa molare x n.moli
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EserciziCalcolare la massa di ciascun elemento e di H2O che è
contenuta in 1,00 g di NiSO4 7H2O.
n. moli= grammi del composto/ massa molare del composto
massa molare del composto = massa atomica di Ni (58,69) + massa atomica di S (32,07) + 4 x massa atomica di O (15,9994) + 7 x massa molecolare di H2O (18) = 280,9 g mol-1
n. moli di composto = 1 g / 280.9 g mol-1 = 0,00356 mol
La massa di ciascun elemento e dell’acqua è: 0,00356 mol x 58,7 g mol-1 = 0,209 g di Ni0,00356 mol x 32,1 g mol-1 = 0,114 g di S0,00356 mol x 11 x 15,9994 g mol-1 = 0,627 g di O0,00356 mol x 14 x 1,008 g mol-1 = 0,0503 g di H0,00356 mol x 7 x 18,0 g mol-1 = 0,449 g di H2O
grammi di sostanza= massa molare x n.moli
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Esercizi: Composizione % dei composti chimici
La percentuale in peso è data dal rapporto fra la massa di ciascun elemento e la massa della sostanza dove
l’elemento è contenuto, moltiplicato x 100.
% peso dell’elemento contenuto nella sostanza = (massa in g dell’elemento /massa in g della sostanza ) x 100
Es.: Calcolare la % in peso degli elementi del composto C5H5N.
Peso molecolare del composto = 5 x 12,01 (C) + 5 x 1,008 (H) + 14,01 (N) = 79,10 g mol-1
1 mole di composto contiene 5 moli di C, 5 moli di H e 1 mole di H, quindi:
% C = ((5 x 12,01 g mol-1) / 79,10 g mol-1 ) x 100 = 75,9 %% H = ((5 x 1,008 g mol-1) / 79,10 g mol-1 ) x 100 = 6,38 %% N = 14,01 g mol-1 / 79,10 g mol-1 ) x 100 = 17,7 %
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Esercizi: Calcolo delle formule minime e molecolari di un composto
Se si conosce la % in peso di tutti gli elementi in un composto si può trovare la formula minima del
composto. Se si conosce il peso molecolare del composto si può
ricavare a anche la formula molecolare.
Es.: un composto è costituito da C, H e Cl con percentuali in peso uguali a 49,0%, 2,74%, 48,1%, rispettivamente. Calcolare la formula empirica.
Consideriamo di avere 100 g del composto:
Moli di C = 49,0 g / 12,01 g mol-1 = 4,08 molMoli di H = 2,74 g / 1,008 g mol-1) = 2,72 molMoli di Cl = 48,1 g / 35,45 g mol-1 ) = 1,36 mol
Dividendo questi numeri per il numero più piccolo (1,36 mol) si calcola il rapporto tra le moli di C, H e Cl è uguale a 3:2:1. quindi la fomula minima è C3H2Cl. Quella molecolare sarà un multiplo alla n di quella
minima (C3H2Cl)n.
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Esercizi: Calcolo delle formule minime e molecolari di un composto
Se si conosce la % in peso di tutti gli elementi in un composto si può trovare la formula minima del
composto. Se si conosce il peso molecolare del composto si può
ricavare a anche la formula molecolare.
Es.: un composto è costituito da C, H e Cl con percentuali in peso uguali a 49,0%, 2,74%, 48,1%, rispettivamente. Calcolare la formula empirica.
Consideriamo di avere 100 g del composto:
Moli di C = 49,0 g / 12,01 g mol-1 = 4,08 molMoli di H = 2,74 g / 1,008 g mol-1) = 2,72 molMoli di Cl = 48,1 g / 35,45 g mol-1 ) = 1,36 mol
Dividendo questi numeri per il numero più piccolo (1,36 mol) si calcola il rapporto tra le moli di C, H e Cl è uguale a 3:2:1. quindi la fomula minima è C3H2Cl. Quella molecolare sarà un multiplo alla n di quella
minima (C3H2Cl)n.
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Esercizi: Calcolo delle formule minime e molecolari di un composto
Un composto puro è è costituito da 5,9% di H, 94,0% di O. Il peso molecolare determinato sperimentalmente è 34,1. Calcolare la formula molecolare del composto.
Consideriamo di avere 100 g del composto:
Moli di H = 5,9 g / 1,008 g mol-1 = 5,90 molMoli di O = 94,0 g / 15,994 g mol-1 = 5,87 mol
Il numero di atomi di H rispetto all’O è 5,9/5,87 = 1Quindi la formula minima è HO.
Quella molecolare sarà un multiplo alla n di quella minima (HO)n.
n = 34,1 g mol-1 /17,0 g mol-1 = 2,0
Quindi la formula molecolare è H2O2