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Una delle competenze di base legate alla stechiometria consiste nella distinzione tra i concetti di numero di atomi e numero di moli. Entrambi i concetti sono strettamente correlati e la loro comprensione è essenziale sia per poter eseguire correttamente i calcoli sia per interpretare correttamente le informazioni in molti testi di chimica e biochimica.
Cos’è un atomo?
Quando parliamo di atomi, ci riferiamo alle unità più piccole che compongono un determinato elemento chimico e che hanno comunque le stesse proprietà fisiche e chimiche . Gli atomi sono piccole particelle formate da un nucleo ancora più piccolo, dove possiamo trovare protoni e neutroni carichi positivamente; sono anche circondati da un insieme di elettroni caricati negativamente.
Questi atomi sono gli stessi atomi chimici che troviamo nella tavola periodica e che rappresentiamo sulla carta mediante i rispettivi simboli chimici. Ad esempio, possiamo parlare di atomi di idrogeno o di atomi di carbonio, nel qual caso ci riferiamo alle particelle che compongono l’elemento idrogeno o carbonio e che sono rappresentate rispettivamente dai simboli H e C.
le molecole
Quando due o più atomi si uniscono attraverso legami covalenti, si formano nuove unità discrete chiamate molecole. Così come gli atomi sono rappresentati dal loro simbolo chimico, le molecole sono rappresentate dalla formula molecolare, che è un elenco di simboli per tutti gli atomi che lo compongono, con pedici che indicano il numero di atomi di ciascun elemento che compone la molecola. presente.
Esempio di una molecola: saccarosio
Come esempio di molecola possiamo considerare il saccarosio. Questo composto è un disaccaride formato dall’unione di una molecola di glucosio e di una molecola di fruttosio e ha formula molecolare C 12 H 22 O 11 . La sua struttura è presentata di seguito:
Quanti atomi ci sono nel saccarosio?
Ora che abbiamo capito cosa sono gli atomi e cosa è il saccarosio, e conosciamo anche la formula molecolare di quest’ultimo, possiamo stabilire alcune semplici relazioni stechiometriche tra il saccarosio e gli atomi che contiene:
- Il saccarosio contiene tre diversi tipi di atomi, che sono atomi di carbonio (C), idrogeno (H) e ossigeno (O).
- Ogni molecola di saccarosio contiene esattamente 12 atomi di carbonio.
- Una molecola di saccarosio contiene esattamente 22 atomi di idrogeno.
- Ogni molecola di saccarosio contiene esattamente 11 atomi di ossigeno.
- In totale, ogni molecola di saccarosio contiene esattamente 45 atomi.
Oltre a queste relazioni tra una molecola di saccarosio e gli atomi che contiene, possiamo anche stabilire ulteriori relazioni stechiometriche:
- In un campione di saccarosio ogni 12 atomi di carbonio ci sono 22 atomi di idrogeno.
- Il saccarosio contiene 11 atomi di ossigeno ogni 12 atomi di carbonio.
- Per ogni 22 atomi di idrogeno presenti nel saccarosio, ci sono anche 11 atomi di ossigeno.
Ciascuno di questi rapporti può essere utilizzato per eseguire calcoli stechiometrici relativi al saccarosio. Inoltre, questa stessa analisi può essere effettuata con qualsiasi sostanza di cui conosciamo la formula molecolare.
Cos’è una talpa?
La mole è l’unità del sistema internazionale per esprimere la quantità di materia . Ad esempio, dicendo che abbiamo una mole di azoto, stiamo implicitamente esprimendo quanti atomi di questo elemento abbiamo. Questo perché quando parliamo di talpe, intendiamo il numero di qualcosa di Avogadro. Cioè, la mole è un multiplo che indica la presenza o l’esistenza di 6.022 x 10 23 unità di qualcosa . Questa cosa può riguardare qualsiasi cosa, anche se nel contesto della scienza, di solito si riferisce ad atomi, molecole, ioni, elettroni o solo particelle in generale.
In altre parole, la talpa non è altro che un numero; molto grande, è vero, ma un numero, dopo tutto. Infatti il concetto di mole equivale a quello di dozzina, termine che significa 12. Possiamo dire che la dozzina sta al 12, come la mole sta al numero di Avogadro.
Il concetto di mole fu inventato da Avogadro per stabilire una scala di pesi atomici relativa al peso di un atomo del 12 isotopo dell’elemento carbonio. Originariamente era definito come il numero di atomi di carbonio presenti in esattamente 12 grammi di un campione completamente puro di carbonio-12. Anni dopo, si determinò che questo numero era pari a 6.022 x 10 23 e le successive determinazioni sperimentali raffinarono gradualmente questo numero. Tuttavia, per evitare che una delle unità di base del sistema internazionale di unità dipendesse dall’accuratezza delle misure sperimentali e, quindi, subisse una modifica ogni volta che si otteneva una misura migliore, fu ridefinita esattamente come 6.02214076 x 10 23 .
L’importanza della mole
La mole è un’unità di quantità di materia molto utile, poiché ci consente di esprimere i numeri di atomi in campioni macroscopici di materia (che sono sempre numeri estremamente grandi) in numeri più piccoli e più gestibili.
D’altra parte, grazie al fatto che le proporzioni tra i diversi elementi chimici che compongono un composto chimico sono fisse, tutte le proporzioni stechiometriche che possiamo stabilire in termini di atomi, molecole o ioni possono essere stabilite utilizzando gli stessi numeri in termini di moli di atomi, moli di molecole o moli di ioni.
Uso corretto e scorretto del neo
È normale che gli studenti di chimica si sentano un po’ confusi quando incontrano per la prima volta i nei. Questa confusione, nella maggior parte dei casi, è dovuta ad un uso scorretto del termine nell’esprimere rapporti stechiometrici. Ricordiamoci che la mole non è altro che un numero che conta quante unità ci sono di qualcosa; quindi, ogni volta che si parla di talpe bisogna specificare cosa si sta contando.
Immaginiamo per un momento che una persona dica a un’altra “ne ho una dozzina”. La seconda persona avrà subito un dubbio e chiederà: una dozzina di cosa?
Lo stesso vale per le talpe. Se diciamo a un chimico “ogni litro di soluzione contiene 3 moli”, il chimico vorrà subito sapere 3 moli di cosa? Assolutamente? Di solvente? Di scioglimento?
Quante moli ci sono nel saccarosio?
Chiarito quanto sopra, ora possiamo stabilire lo stesso insieme di relazioni stechiometriche che abbiamo scritto prima in termini di atomi e molecole, ma ora in termini di moli. Queste relazioni sono:
- 1 mole di molecole di saccarosio contiene esattamente 12 moli di atomi di carbonio.
- 1 mole di molecole di saccarosio contiene esattamente 22 moli di atomi di idrogeno.
- Ogni mole di molecole di saccarosio contiene esattamente 11 moli di atomi di ossigeno.
- In totale, ogni mole di saccarosio contiene 45 moli di atomi.
- In ogni campione di saccarosio, per ogni 12 moli di atomi di carbonio ci sono 22 moli di atomi di idrogeno.
- Il saccarosio contiene 11 moli di atomi di ossigeno ogni 12 moli di atomi di carbonio.
- Per ogni 22 moli di idrogeno presenti nel saccarosio, ci sono anche 11 moli di ossigeno.
In questi esempi possiamo notare che, sebbene sia preferibile farlo, in molte situazioni non è necessario specificare il tipo di particelle o unità in questione, ma solo il loro nome. Quindi, dicendo “ogni mole di saccarosio”, poiché il saccarosio è una molecola, si capisce che la mole sta contando le molecole di saccarosio.
Allo stesso modo, dicendo “22 moli di idrogeno” in questo contesto, si intende che la mole si riferisce a moli di atomi di idrogeno, poiché l’idrogeno è il nome di un atomo. Tuttavia, bisogna fare attenzione, poiché la parola idrogeno può anche riferirsi in altri contesti all’idrogeno elementare, che è un gas biatomico con la formula H 2 . In questi casi parlare di “modelli di idrogeno” può essere ambiguo in quanto non è chiaro se ci riferiamo a moli di molecole di idrogeno o moli di atomi di idrogeno, il che evidenzia la necessità di specificare in ogni momento cosa sta contando.
Numero di atomi rispetto al numero di moli nel saccarosio
Le relazioni stechiometriche sopra riportate non sono le uniche che possono essere stabilite per il saccarosio. Puoi anche scrivere relazioni che combinano il numero di atomi, ioni o molecole con il numero di moli di atomi, ioni o molecole. In questi casi bisogna fare attenzione a non dimenticare che una mole è uguale al numero di Avogadro.
Alcuni possibili rapporti stechiometrici misti sono:
- In una mole di molecole di saccarosio ci sono 1,32454 x 10 25 atomi di idrogeno (che corrispondono a 22 moli moltiplicate per il numero di Avogadro).
- Per ogni 12 moli di atomi di carbonio in un campione di saccarosio, sono presenti 6,02214076 x 10 23 molecole di saccarosio.
Uno degli errori più comuni quando si scrivono relazioni stechiometriche per il saccarosio, come per qualsiasi altro composto, è trattare il numero di atomi e molecole e il numero di moli di atomi e molecole come se fossero la stessa cosa. Ecco alcuni esempi tipici di questo tipo di errore:
- In una mole di molecole di saccarosio ci sono 22 atomi di idrogeno.
- Per ogni 12 atomi di carbonio in un campione di saccarosio, è presente 1 mole di molecole di saccarosio.
Se in qualsiasi momento sorge la domanda se una relazione sia giusta o sbagliata, un trucco molto utile è sostituire la parola talpa con dozzina. Se la relazione ha senso nel farlo, probabilmente va bene. Quando la relazione non è ben scritta, sostituire mol con dozzina la farà suonare molto più strana e sarà facile vedere che c’è un errore. Ad esempio, nella prima delle due relazioni erronee, dire che ci sono 22 atomi di idrogeno in una dozzina di molecole di saccarosio è ovviamente sbagliato, poiché una dozzina di molecole ha 12 volte 22 atomi di idrogeno, cioè 264 atomi di idrogeno, non 22.
Riferimenti
Composti molecolari e ionici. (2020, 30 ottobre). https://espanol.libretexts.org/@go/page/1807
Chang, R. (2021). Chimica (11a ed.). EDUCAZIONE DELLA COLLINA DI MCGRAW.
Mole di atomi e molecole – Concetti – Stechiometria – Chimica . (nd). beUnicoos. https://www.beunicoos.com/quimica/estequiometria/moles-y-magnitudes-masicas/quimica-moles-de-atomos-y-moleculas
Ridefinizione della mole . (nd). LATU. https://www.latu.org.uy/wp/wp-content/uploads/2018/05/Redefinici%C3%B3n-del-mol.pdf
