Mole e percentuale in peso – Definizione

Gli elementi hanno pesi atomici diversi tra loro perchè ciascuno di essi ha un preciso numero di protoni e neutroni, i quali determinano la massa dell’atomo. La massa atomica o peso atomico del singolo atomo di idrogeno, ad esempio, è 1,008 uma (1 protone), quella del ferro è 55,84 uma (26 protoni e 30 neutroni): servono più particelle di idrogeno per formare 1 kg di sostanza di quante ne occorrono al ferro. Ne consegue che 1 kg di idrogeno e 1 kg di ferro non contengono lo stesso numero di particelle o unità elementari. In una reazione chimica il numero di particelle coinvolto è fondamentale: non possiamo ‘mettere nel calderone’ più o meno particelle di quante ne servono realmente, la reazione potrebbe non avviarsi. Per questo motivo è stata introdotta un’unità misura, la mole, in modo che riferendosi ad essa si indicasse un numero ben preciso di particelle.

 

Definizione Mole. La mole è la quantità di sostanza che contiene tante unità elementari o particelle quanti sono gli atomi contenuti in 12 g di Carbonio-12.

 

Il numero di particelle usato come riferimento è detto Numero di Avogadro (N_A)= 6,022 x 10²³ mol^-1, ed è stato ricavato usando 12 g di carbonio-12 come campione. Una mole di idrogeno, quindi, contiene lo stesso numero di particelle (uguale al Numero di Avogadro) di una mole di ferro, 10 moli di ossigeno contengono particelle in numero uguale a 10 moli di potassio, e così via. Possiamo calcolare le moli (simbolo n) dei nostri elementi o composti grazie alla seguente relazione:

 

n (mol) =  m (g) / M.M (g/mol)               (definizione mole – formula matematica)

 

Dove il termine ‘m‘ al numeratore esprime la quantità in grammi che abbiamo di una determinata sostanza (ad es. 2,5 g di Fe) e il termine ‘M.M‘, ossia massa molare, esprime la massa di una mole di sostanza, ovvero la massa di un Numero di Avogadro della sostanza considerata. Tra parentesi sono indicate le rispettive unità di misura. Si faccia attenzione a non confondere la massa molare con la massa molecolare (uma), che invece è la massa di una molecola. Per sostanze pure massa molare e massa molecolare hanno lo stesso valore numerico. Noi considereremo questa proprietà vera per tutti gli esercizi che faremo. Questo ha un immediato effetto pratico: il numero letto sulla tavola periodica che esprime la massa atomica o peso atomico (uma) di un elemento, è anche il valore della sua massa molare (g/mol). Questo dato, allora, potremo utilizzarlo nella formula matematica appena descritta.

 

 

Definizione Percentuale in peso. La percentuale in peso di un elemento è data dal rapporto della massa molare dell’elemento e della massa molare della molecola considerata, moltiplicata per 100.

 

Illustriamo subito un esempio che aiuti alla comprensione.

Data una molecola di C₅H₅N ci viene chiesto di trovare la percentuale in peso del carbonio, dell’ossigeno e dell’azoto.

In parole chimiche, quali sono i contributi dei singoli elementi sulla massa totale della molecola? Il problema è di semplice risoluzione. Applichiamo la relazione:

%pp = M.M elemento (g/mol) / M.M tot (g/mol)

 

Inserendo al posto di M.M elemento prima la massa molare di carbonio, poi di idrogeno e poi di azoto, otterremo delle percentuali (es. 75,9 % di C₅) e risponderemo al quesito. La somma delle percentuali in peso di tutti gli elementi che compongono la molecola deve restituire il 100%. Le masse molari degli elementi possono essere trovate consultando la tavola periodica, quella totale si ottiene banalmente per addizione delle singole. La percentuale in peso non ha unità di misura, è un numero puro in quanto rapporto di due masse molari.