Bentornati a tutti nella playlist di chimica. In questa lezione andremo a parlare della mole. La mole è un'unità di misura molto utilizzata in chimica e questo video è strettamente connesso al video precedente, quello sulle masse molecolari.
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E allora, andiamo a vedere che cos'è la mole. Iniziamo con il dire il... perché la mole subentra nel nostro panorama di chimica, cioè perché iniziamo a parlare di un'unità di misura nuova? Non ci bastavano già tutte quelle che conosciamo?
Allora dobbiamo iniziare a pensare che gli atomi sono troppo piccoli e troppo leggeri per poterli pesare il laboratorio, cioè se io vado in laboratorio ho una bilancia che per carità può arrivare fino ai millesimi decimillesimi di grammo, però un atomo pesa molto molto molto meno. Dobbiamo pensare, dobbiamo immaginare, dobbiamo sforzarci di immaginare che un atomo, anche per quanto riguarda le dimensioni, è nell'ordine dei decimi di nanometri, quindi un miliardesimo di metro. Stiamo parlando di cose veramente estremamente piccole. Pensate che il diametro di un capello è di millimetri, quindi di circa un millimetro. Pensate quanto può essere piccolo l'atomo, noi non riusciamo neanche a vederlo.
Ecco, giusto per fare un paragone con la biologia. la cellula è grande circa qualche decina, una decina, qualche decina di micrometri, quindi è comunque 10.000 volte, 100.000 volte anzi, più grande di un atomo. E noi già la cellula non riusciamo a vedere ad occhio nudo, quindi immaginate quanto un atomo può essere piccolo e leggero.
Bene, allora a questo punto noi dobbiamo riuscire a lavorare con gli atomi, perché se siamo dei chimici dobbiamo riuscire a capire quanti atomi sto facendo reagire in un determinato recipiente. Però per fare questo bisogna trovare un modo di collegare il mondo micro, il mondo microscopico, con il mondo macro, si dice, cioè macroscopico, cioè quello che noi possiamo vedere. Cioè come facciamo ad utilizzare delle sostanze che noi vediamo, come ad esempio l'acqua, come ad esempio una polvere particolare, come facciamo a sapere quante molecole ci sono lì dentro?
Noi l'acqua la possiamo pesare, la possiamo misurare tramite il suo volume, quindi tramite ad esempio i millilitri. Ma gli atomi, come facciamo a sapere quanti atomi e quante molecole ci sono di quella sostanza, così da fare dei calcoli super precisi? E primitivamente, perché ci serve fare dei calcoli così precisi?
Beh, immaginate di avere un'azienda che produce una determinata sostanza, un prodotto, e sfrutta quindi delle reazioni chimiche. Se noi non facciamo dei calcoli precisi, voi vi trovate o del prodotto in surplus, che quindi è sprecato, avete sprecato delle materie che potevano essere molto utili da riutilizzare, Grazie. per fare altro prodotto, oppure ad esempio avete fatto andare la reazione e avete ottenuto molto meno prodotto di quello che vi serviva.
Tutto questo spiegato lo trovate già nella lezione riguardante le reazioni chimiche, quindi un po' più avanti in questa playlist. Ecco, allora possiamo dire che la grandezza che ci consente di passare dagli atomi o molecole a quantità invece che si possono vedere, quindi ad esempio i grammi, è la mole. La mole, questa unità di misura molto particolare che introduciamo adesso, ha simbolo chimico mol. E adesso io vado a fare un'approssimazione su che cos'è la mole per farlo capire in maniera migliore.
Nella scorsa lezione, che vi lascio nelle schede e in descrizione, abbiamo capito che tutte le masse degli atomi riuscivamo a calcolarcele prendendo ad esempio la massa dell'idrogeno. E cioè l'idrogeno aveva una determinata massa, diventa difficile pesare un atomo, però... ecco diciamo che i primi chimici sono riusciti a determinare che la massa dell'idrogeno era la massa più piccola di tutti gli elementi che conoscevamo quindi l'atomo di idrogeno con il suo peso poteva fungere da unità per poi calcolarci tutte le altre masse tant'è che tutti gli altri atomi degli elementi della tavola periodica pesano tot volte l'idrogeno l'idrogeno allora gli abbiamo dato massa 1 all'elio gli abbiamo dato massa 4 perché pesa 4 volte l'idrogeno e E allora, molto semplicemente, possiamo chiederci Quanti atomi ci sono in un grammo di idrogeno? Quindi se noi troviamo in questo modo quanti atomi ci sono in un grammo di idrogeno, che è l'atomo più piccolino di tutti, riusciamo poi pian piano a rapportare questo numero con tutte le altre masse. E allora bisogna andarsi a calcolare quanti atomi ci sono in un grammo di idrogeno.
Quando l'abbiamo trovati, tutto quello che abbiamo studiato nel video precedente ci risulta subito super utile per andarci a trovare quanti atomi ci sono poi in, ad esempio, 12 grammi di carbonio. Quanti atomi ci sono in 16 grammi di ossigeno. Perché? Perché molto banalmente l'idrogeno, essendo l'unità con cui misuriamo tutte le altre masse, sappiamo che, ad esempio, gli atomi di ossigeno pesano 16 volte l'idrogeno.
a quel punto se abbiamo 10 atomi dentro un grammo di idrogeno avremo 10 atomi dentro 16 grammi di ossigeno, perché quegli atomi sono un po' più cicciottelli, pesano un po' di più. Ora, come l'altra volta, vi devo indicare che questa è una semplificazione. A me piace molto utilizzare l'idrogeno, però ad un certo punto si è passati alla definizione tramite il carbonio 12, che è l'isotopo più comune del carbonio.
Questo perché? Perché il carbonio è l'elemento più presente in tutti gli animali, in tutti i composti organici e di conseguenza ci viene più utile andare a dare una definizione tramite il carbonio. Il carbonio ricordiamocelo pesa 12 volte l'idrogeno quindi la definizione ufficiale è questa. Per definizione una mole è la quantità di sostanza che contiene un numero di particelle elementari uguale al numero di atomi contenuti in 12 grammi di carbonio. E questi atomi contenuti in 12 grammi di carbonio saranno la nostra mole, saranno esattamente gli atomi contenuti in un grammo di idrogeno.
Saranno esattamente gli atomi contenuti in 16 grammi di ossigeno. Ecco, quindi iniziamo a capire che la mole è semplicemente un modo per indicare un numero determinato di atomi o di molecole, quindi di particelle possiamo dire in generale. Facciamo un esempio. Quando io dico un paio intendo due particelle, due persone, due oggetti.
Quando io dico una dozzina intendo dodici particelle, oggetti. ad esempio una dozzina di uova sono 12 uova, se dico due dozzine sono 24 uova. Ecco che se io dico una mole sto indicando un numero di particelle, quante quelle contenute dentro un grammo di idrogeno.
Ma quante sono queste particelle contenute dentro un grammo di idrogeno? Andiamolo a scoprire. Introduciamo quindi il numero di Avogadro e cioè quante particelle quindi contiene una mole.
Cioè quando io dico una mole... come se dicessi una dozzina o come se dicessi un paio. Di cosa sto parlando?
Di che numero sto parlando? Ecco, sto parlando di un numero che è esattamente 6,022 per 10 alla ventitresima, cioè questo è il numero di particelle contenute in un grammo di idrogeno. Porca miseria, sono davvero tante, sono veramente tante. Ma per chi fosse poco avvezzo, non avesse ancora studiato, magari non li ha capiti molto bene I numeri esponenziali, quindi la notazione scientifica, cosa vuol dire 10 alla 23?
Bene, vuol dire che dopo la virgola ci sono 23 cifre. E allora questo numero, chiamato appunto numero di Avogadro, vi metto qua in slide, guardate a che numero corrisponde. Cioè se lo dovessimo scrivere per lungo, stiamo parlando di 602, poi 200, 000, 000, tantissimi zeri. Esattamente sono... Circa 20 zeri, non circa, sono precisamente 20 zeri.
Scusatemi, li sto contando adesso, non me ne sono mai preoccupato, però ovviamente sono tre cifre decimali più i 20 zeri, quindi 10 alla 23 vuol dire 23 cifre dopo la virgola. Sostanzialmente vuol dire, quando trovate scritto 10 alla 23, vuol dire 23 zeri. Qua non ci sono proprio tutti i zeri, perché potremmo approssimarlo, eh. Potrebbero essere 6 seguito da 23 zeri. Ecco che quindi abbiamo il numero di Avogadro.
A me piace molto l'immaginina che vi ho messo qua a destra dove c'è un avocado invece che è un frutto, Avogadro invece è uno scienziato e mi raccomando non andate poi a dire alla professoressa o al professore che il numero di Avogadro è stato trovato da un frutto. L'ha trovato ovviamente uno scienziato che si chiama Avogadro, si chiamava Avogadro, però è molto bello perché queste immaginine ci fanno rimanere più impresso in mente questo numero 6.022 per 10 alla ventitresima. E questo numero sono...
esattamente gli atomi contenuti in una mole ad esempio di ferro. Quindi una mole di atomi di ferro contiene 6,022 per 10 alla 23 atomi di ferro. Se io dico una mole di acqua, una mole di acqua contiene 6,022 per 10 alla 23 molecole di acqua. Facciamo un altro esempio, una mole di persone.
Ecco che se in una stanza ci stanno una mole di persone, vuol dire che ci stanno sei... miliardi di miliardi di persone cioè 6,022 per 10 alla 23 persone se io dico una mole di uova invece che una dozzina sto parlando di 6 per 10 alla 23 uova tantissime Ecco, quindi immaginate che in un grammo di idrogeno ci sono 6 per 10 alla 23 atomi di idrogeno, in, ad esempio, 16 grammi di ossigeno, perché l'ossigeno ha massa atomica 16, quindi 16 volte l'idrogeno, ci sono comunque sempre 6 per 10 alla 23 atomi di ossigeno, perché è sempre una mole, quindi una mole è 6 per 10 alla 23 cose, particelle, oggetti, ok? Quindi 6 per 10 alla 23 è una mole. Se io parlo di due moli, vuol dire?
due volte quel numero, quindi 12 per 10 alla 23. Se io parlo di 3 moli vuol dire 3 volte quel numero, quindi 18 per 10 alla 23. E così abbiamo trovato quanto vale effettivamente una mole. Ed ecco, per chi avesse capito questa parte può schippare velocemente più avanti. Per chi invece avesse ancora qualche dubbio andiamo a fare alcuni esempi. Una mole di H, quindi di idrogeno, di atomi di idrogeno, pesa un grammo e contiene quanto?
6 per 10 alla 23 atomi di H. Attenzione, io semplifico, dico 6 per 10 alla 23 perché se no ogni volta devo dire 6,022 per 10 alla 23. Mi viene un po' troppo lungo, quindi io vado ad approssimare le cifre decimali del numero esponenziale. Quindi prendiamo l'idrogeno, atomo singolo, una mole di idrogeno pesa esattamente un grammo. E dentro quella mole, quindi dentro questo sacchetto che vi ho disegnato, ci sono esattamente 6 per 10 alla 23 atomi di idrogeno. E se io prendo ad esempio il carbonio 12, che sappiamo che è quello con cui è stata fatta poi la definizione di mole, ecco dentro il mio sacchetto, dentro la mia mole, ho sempre, perché è una mole, ho sempre 6 per 10 alla 23 atomi.
Questo sacchetto però peserà di più, lo vedete bene nella tabella, pesa 12 grammi, ma perché? Lo vedete anche dal disegnino che ho riproposto in slide, vedete che gli atomi di carbonio, quelli neri, sono molto più cicciottelli di quelli di idrogeno che sono invece quelli azzurrini. e se io vado a prendere l'ossigeno ecco gli atomi di ossigeno sono ancora più cicciottelli quindi una mole di questi atomi pesa di più pesa 16 volte l'idrogeno e pesa effettivamente 16 grammi come vedete in tabella ci sono anche le moli di alcune molecole la molecola di acqua ad esempio pesando 18 volte l'idrogeno questo semplicemente deriva dal calcolo della massa molecolare che dovete andare a riprendere nel caso non l'abbiate capita nel video precedente ecco che una mole di acqua acqua appunto pesa 18 grammi.
Però attenzione stiamo parlando di una mole di una molecola, quindi stiamo valutando quante particelle ci sono in un bicchiere d'acqua ad esempio. Stiamo parlando appunto della mole riferita a una molecola, quindi noi dobbiamo specificare sempre se stiamo parlando di una mole di atomi, di una mole di molecole, di una mole di ad esempio uova, di una mole di persone. Questo perché? Perché la mole è un numero, è come dire una dozzina, Di conseguenza dobbiamo sempre precisare. A cosa si riferisce quel numero?
Quindi una dozzina di cosa? Di uova, di persone, di animali, di piante. La stessa cosa per la mole. Una mole di cosa? Una mole di molecole d'acqua?
Allora peseranno tot. Una mole di idrogeno? Allora peseranno tot.
Ma idrogeno cosa? La molecola dell'idrogeno o l'atomo dell'idrogeno? E qua ovviamente dovete andare a decidere voi quale elemento prendere in considerazione in base all'esercizio che dovete fare. Tanto non vi preoccupate che solitamente viene specificato nell'esercizio. Se invece siete in laboratorio, ovviamente spero che questi argomenti siano già un po' più appresi, perché in laboratorio dovete sapere quello che fate.
E allora, da qua passiamo a valutare che cos'è la massa molare. Ecco, noi abbiamo capito nella scorsa lezione che cos'è la massa molecolare, cioè io vado a prendere la massa atomica relativa, la vado a sommare nella... in base agli atomi che ci sono nella mia molecola, e vado a trovarmi la massa molecolare.
La massa molecolare viene definita sempre relativa. Ecco che però noi adesso, avendo effettivamente un'unità di misura delle particelle, possiamo andarci a calcolare quanto pesa una mole di quelle particelle, e quindi possiamo definire come massa molare la massa della mole di quelle particelle, e la sua unità di misura diventa quindi grammo su mole. cioè grammo fratto mole, e cioè la massa molare di una sostanza è uguale alla massa atomica o molecolare di quella sostanza espressa in grammi mole anziché in unità.
Cioè noi solitamente nella massa molecolare, molecolare quindi attenzione, esprimevamo l'unità, quindi esprimiamo sostanzialmente un numero adimensionale, mentre adesso andremo a trasformare la massa molecolare che conoscevamo in massa molare. che invece si esprime in grammi mole. Qua la confusione in realtà ogni tanto subentra, negli studenti lo vedo anch'io, ma non è così difficile. In realtà sono la stessa cosa. Cioè, se voi parlate di massa molecolare o di massa molare, state parlando sostanzialmente dello stesso numero, identico.
Non c'è nessun problema. Fate il calcolo con lo stesso numero. Ricordatevi solamente che nella massa molare abbiamo un'unità di misura, quindi nel calcolo subentrerà l'unità di misura. Ma se io dico, qual è la massa molecolare dell'acqua? 18. Qual è la massa molare dell'acqua?
Qua lo vedete bene nell'immagine. Se abbiamo... una mole di ammoniaca, ora finalmente la possiamo pesare.
E dopo che la pesiamo? Beh, noi siamo sicuri che in quel bicchierino di ammoniaca ci sono una mole, perché l'abbiamo calcolato prima, perché abbiamo deciso di pesarlo, noi sappiamo che quei 17 grammi ci sono esattamente una mole di molecole e di conseguenza abbiamo un numero avogadro di molecole, cioè 6 per 10 alla 23, come abbiamo visto prima. Ora sappiamo che quello che pesiamo corrisponde a un numero di atomi, cioè noi sappiamo Sappiamo quanti atomi o quante molecole ci sono in quel bicchierino che pesiamo.
Prima non riuscivamo a fare questo collegamento e cioè noi prima di definire la mole pesavamo una sostanza e finita lì non avevamo idea di quanti atomi o particelle in generale ci fossero lì dentro. Quindi, schemino giusto per ricapitolare, la massa molecolare relativa adesso diventa massa molare. Se prima avevamo un numero adimensionale, cioè veniva identificato con Unita. Adesso la massa molare invece la identifichiamo con grammo mole, quindi molto importante questo passaggio, non difficile, molto semplice in realtà, però da tenere a mente.
Anche perché adesso dobbiamo andarci a chiedere, ok, dopo che abbiamo capito tutto questo, ma che formula usiamo se vogliamo trovare le moli di una sostanza che abbiamo pesato? Cioè, noi ora come facciamo a trovarci effettivamente in quei grammi quante moli ci sono? Sembrerà strano. ma la definizione l'abbiamo già data e quindi la formula è molto semplice. Le moli, se vogliamo trovarcele che ci sono in quei grammi, ci basta eseguire l'operazione di massa fratto massa molare e cioè sostanzialmente basta che dividiamo i grammi che abbiamo pesato per la massa molare della sostanza che abbiamo pesato.
Attenzione che su molti libri trovate indicata la mole con n perché sta per numero di moli La massa, o con la parola massa o con la m minuscola, la massa molare con mm. Allora, sappiate che a me piace utilizzare l'unità di misura, perché quando si mette la m e la n poi ci si confonde, anche perché così poi quando devo fare le semplificazioni o, ad esempio, quando devo fare le formule inverse, mi viene molto molto più facile. E di conseguenza trasformo questa formula in moli uguali grammi su mm.
Questa, ricordatevela, sarà una delle formule principali, se non forse la... più importante di tutta la chimica cioè se voi dovete lavorare in laboratorio o eseguire qualche esercizio di chimica questa formula è indispensabile stampatevela da qualche parte tatuatevela sul braccio ad esempio non sto scherzando ovviamente non mandatemi foto di tatuaggi con questa formula perché poi non la togliete più e attenzione però questa formula effettivamente scrivetevela su un foglietto e mettetelo sempre in tasca vi servirà sempre moli uguale grammi su masse molari Gli esercizi li andiamo a fare poi in una lezione successiva. Ora andiamo a rivedere un attimino cosa vuol dire questa formula.
E cioè per trovare il numero di moli, noi dobbiamo dividere i grammi di una sostanza che abbiamo pesato per la massa molare sempre di quella sostanza. Attenzione, dobbiamo utilizzare la massa molare di quella sostanza che abbiamo pesato. Se ne usiamo un'altra ovviamente non serve a nulla. E cioè per trovare le moli che ci sono in un bicchiere d'acqua, io che faccio?
Peso il mio bicchiere d'acqua. e poi lo divido per la massa molare dell'acqua, che è 18. Di conseguenza io so esattamente quante molecole ho dentro quel bicchiere. Bellissima questa cosa, no?
Cioè, io prendo il mio bicchiere d'acqua, lo taro, cioè tolgo il peso del bicchiere ovviamente, lo peso, mi viene ad esempio 18. Ecco, io faccio 18 fratto 18 e ho ottenuto che dentro quel bicchiere ho esattamente una mole d'acqua. E quindi ho esattamente 6 per 10 alla 23 molecoline d'acqua. E io lo so.
Ho collegato il mondo micro con il mondo macro. Quello che io ho pesato nel macro ora corrisponde a qualcosa nel microscopico che io non vedo. Ovviamente per chi è più bravo in matematica... Saprà già fare la formula inversa, se no io ve la scrivo se è la prima volta che affrontate questo argomento, non c'è nulla di male, ovviamente le prime volte si fa sempre un po' più di difficoltà.
Ecco, formule inverse, molto importanti, studiate bene la matematica, perché se invece vogliamo conoscere la massa, cioè i grammi, di un campione che contiene un numero di moli di una sostanza, ci basta moltiplicare il numero di moli che noi dobbiamo già conoscere, ovviamente, per la massa molare di quella sostanza. E cioè io voglio ottenere... precisamente in un recipiente un quantitativo di una sostanza, quindi un numero tot di molecole di quella sostanza, bene, quante ne devo pesare?
Basta che faccio le moli che io voglio ottenere lì dentro quel recipiente per la massa molare sempre di quella sostanza ovviamente e otterrò quante ne devo andare a pesare. Quindi la mole ci consente di contare indirettamente le particelle. Perché indirettamente? Beh, perché effettivamente dobbiamo fare poi una piccola operazioncina che a qualcuno viene spontanea, e cioè...
Come troviamo poi quante particelle abbiamo pesato? Ci basta moltiplicare il numero di moli per il numero di Avogadro. Ovviamente vi ho messo anche qua la formula inversa perché può essere sempre utile. Ovviamente se io poi mi trovo che dentro quel bicchiere ho due moli, per sapere quante particelle effettivamente ho mi basta fare 2 per il numero di Avogadro, cioè 2 per 6 per 10 alla 23. Sostanzialmente avrò 12 per 10 alla 23 particelle, quindi molecole di acqua. acqua, nel caso del bicchiere in esempio.
E allora in conclusione mi preme fare un piccolo schemino che vi sarà utile per tutti gli esercizi della chimica, qualsiasi esercizio di chimica vi sarà utile questo schemino, e cioè se noi abbiamo i grammi dobbiamo trasformarceli in moli tramite questa operazione, questa equazione, poi possiamo passare al numero di particelle e noi finalmente otteniamo quante particelle abbiamo dentro quei grammi. Quindi noi riusciamo a trovarci quante particelle abbiamo dentro quei grammi che abbiamo pesato. Di conseguenza due formuline molto importanti, super importanti per qualsiasi problema di chimica. E infatti come vedete in questi passaggi trovare le moli è la parte fondamentale, il fulcro di tutte queste operazioni. E cioè dai grammi passiamo alle moli e poi possiamo passare al numero di particelle.
Possiamo anche fare la cosa inversa, cioè partire dalle particelle. dobbiamo sempre trovarci le moli e arriviamo ai grammi e di conseguenza quello che vi posso consigliare è proprio questo in quasi tutti in quasi la totalità degli esercizi di chimica dobbiamo sempre trovarci le moli e cioè in qualsiasi problema di chimica o quasi tutti ovviamente il fulcro del problema è trovare le moli così che poi possiamo lavorare con queste moli e poi trovarci i grammi o le particelle a seconda di quello che ci chiede il problema Ecco, se noi non ci troviamo alle moli, non riusciamo a svolgere la maggior parte dei problemi di chimica. Motivo per cui queste formulette e questa lezione sono fondamentali per capire poi tutto il resto della chimica e per svolgere qualsiasi altro esercizio che troverete da qua in avanti.
Ecco, la lezione in pratica è finita. Vorrei solamente andare a fare un piccolo recap in cui vediamo che dal mondo microscopico si può passare al mondo macroscopico o viceversa tramite il calcolo delle moli, possiamo vedere come una mole può essere una mole di un atomo o una mole di una molecola, come vedete infatti qua c'è la mole dell'atomo di carbonio o c'è la mole delle molecole di ossigeno o di CO2, e il peso di quella mole specifica dipende ovviamente dal peso, quindi dalla massa molecolare relativa di quella particolare molecola o atomo. Ad esempio una mole di carbonio peserà 12 grammi, una mole di O2 ne peserà 32 perché sono due atomi intanto, quindi non solo uno perché è una molecola, e inoltre questi due atomi sono un po' più cicciottelli di quello di carbonio.
E infatti la mole di CO2 peserà 44 grammi perché ovviamente è una molecola con un carbonio e due ossigeni, quindi ovviamente peserà la somma delle masse delle molecole che l'hanno composta. Infatti 12 più 32 fa esattamente 44. Bene, con questo ho concluso la lezione di oggi. Lezione forse un po' lunga e anche un po' complessa, ma super importante, fondamentale.
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