Cos'è una mole?
Atomi e molecole reagiscono uno alla volta, ma nessuno può contarli uno alla volta. La mole è l'unità di conteggio della chimica — una dozzina, ingrandita fino a 6,022×1023 oggetti (il numero di Avogadro, NA), definito in modo esatto dalla revisione del SI del 2019. Il suo trucco: un atomo di carbonio pesa 12,011 unità di massa atomica, e una mole di atomi di carbonio pesa 12,011 grammi — le stesse cifre, con l'unità cambiata. Quindi la massa molare (g/mol) converte all'istante tra la massa sulla bilancia e il numero di particelle che reagiscono, ed è tutto il mestiere della stechiometria.
La regola da ricordare: una mole conta particelle, non massa. Una mole di ogni sostanza contiene lo stesso numero di molecole — ma i loro pesi sono diversi quanto lo sono le sostanze.
La tavola periodica è un catalogo di masse
La cella di ogni elemento nella tavola periodica riporta la sua massa atomica media; sommandole per unità formula si ottiene la massa molare. L'esempio, Ca3(PO4)2 (fosfato di calcio), si scompone in 3 Ca + 2 P + 8 O = 3(40,078) + 2(30,974) + 8(15,999) = 310,174 g/mol, e il pannello elenca accanto il contributo in grammi di ciascun elemento. Le parentesi moltiplicano tutto ciò che contengono, e il punto in CuSO4·5H2O aggiunge cinque molecole d'acqua di cristallizzazione — entrambe le cose sono gestite dallo stesso analizzatore. Contare l'acqua conta: CuSO4·5H2O arriva a ≈ 249,7 g/mol, non a ≈ 159,6.
Composizione percentuale
Dividendo il contributo in massa di ciascun elemento per la massa molare si ottiene la sua percentuale in massa — il numero che stampa un'etichetta nutrizionale o un sacco di fertilizzante («fonte di P2O5, 20% di P»). L'acqua è l'esempio classico: l'H contribuisce con 2(1,008) = 2,016 g e l'O con 15,999 g su 18,015 g, quindi l'acqua è l'11,19% di idrogeno e l'88,81% di ossigeno in massa — un promemoria che «per lo più idrogeno» contando gli atomi è molto diverso da «per peso».
Formula minima e formula molecolare
Una formula minima è il rapporto più piccolo tra numeri interi degli atomi (CH2O); una formula molecolare è il conteggio reale nella molecola (C6H12O6, glucosio — sei copie dello stesso rapporto). L'analisi di combustione fornisce percentuali in massa; per convertirle si passa per le moli: il 40,00% di C, 6,71% di H, 53,29% di O dell'esempio diventa 3,330 : 6,657 : 3,331 mol, che si riducono a un pulito 1 : 2 : 1 — CH2O, massa della formula minima 30,026 g/mol. Per salire dalla formula minima a quella molecolare serve la massa molare: n = 180,16 ÷ 30,026 = 6,000, quindi la molecola è (CH2O)6. Molte sostanze (acqua, ammoniaca, CO2) stanno già a n = 1, dove le due formule coincidono.
Grammi, moli, particelle
Il pannello Mole/Grammi/Particelle percorre l'intero triangolo in un solo colpo: l'esempio converte 18,015 g di acqua in esattamente 1,000000 mol e 6,022×1023 molecole — e, poiché ogni H2O ha tre atomi, 1,807×1024 atomi. Questo triangolo è il motore di ogni problema di stechiometria nella pagina Bilanciatore di equazioni e di ogni molarità nella pagina Soluzioni.
Idee sbagliate comuni
- Una mole di qualsiasi cosa pesa più o meno lo stesso. Una mole conta particelle; una mole di H2 pesa 2 g, una mole di oro 197,0 g — stesso conteggio, massa molto diversa.
- Le percentuali si convertono direttamente in pedici. Devono prima passare per la divisione per la massa atomica (moli) — il 6,71% di idrogeno contribuisce con più atomi del 53,29% di ossigeno proprio perché gli atomi di H sono così leggeri.
- La formula molecolare è sempre una versione più grande di quella minima. Solo quando n > 1. Per H2O le due coincidono, e il caso n = 1,000 del pannello molecolare è ordinario.
- Le masse atomiche sono numeri interi esatti per amu. I valori riportati sono medie pesate per abbondanza sugli isotopi — i 35,45 g/mol del cloro sono la miscela di ³⁵Cl e ³⁷Cl.
Strumenti correlati: Tavola periodica (le masse atomiche che questa pagina somma), Bilanciatore di equazioni (stechiometria costruita sulla mole) e Soluzioni (moli per litro).
