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Molecola                              

Secondo il modello atomico di Dalton, un elemento è una sostanza pura costituita da un solo tipo di atomi. Un composto è invece una sostanza costituita da due o più atomi differenti. Consideriamo l'acqua che è un composto. Per molecola dell'acqua si intende un raggruppamento di due atomi di idrogeno e uno di ossigeno.

La molecola è la più piccola particella di un composto che possiede le proprietà chimiche di quel composto.

Ogni molecola dell'acqua possiede tutte le proprietà chimiche dell'acqua, e anche quelle fisiche: bolle a 100°C e gela a 0°C.

La molecola è la forma stabile della materia. Può essere formata da atomi uguali o diversi.

La molecola si rappresenta graficamente con la formula che indica da quanti atomi e da che tipo di atomi è formata.

O2:è la formula dell'ossigeno e dice che la molecola dell'ossigeno è formata da due atomi di O.

H2O:è la formula dell'acqua e dice che la formula dell'acqua è formata da due atomi di idrogeno e da uno di ossigeno.

Queste sono le formule grezze, dato che si limitano ad indicarci la qualità e il numero degli atomi che le formano.

Le formule di struttura rappresentano, invece, la struttura, cioè, la posizione degli atomi nella molecola.

                               formula di struttura di O2
              formula di struttura di H2O

Qualsiasi tipo di materia è formato da molecole.

Peso molecolare            

Essendo la molecola formata da più atomi, la massa molecolare è dato dalla somma delle masse degli atomi che la compongono. Noi useremo, comunque, l'espressione peso molecolare PM, anche se è impropria perché le quantità in esame sono delle masse (non delle forze).

In molte versioni della tabella periodica oltre alla sigla dell'elemento e del numero atomico appare il valore del peso atomico (massa atomica) dello stesso, espresso in unità di massa atomica [ u ].

Diventa, in questo modo, molto semplice calcolare il peso molecolare di un composto chimico tenendo conto del fatto che il peso molecolare è espresso in [g/mol].

Esempio 1 : Calcola il peso molecolare dell'acido solforico H2SO4.

2H=2×1,008 =2,016
1S=1×32,064=32,064
4O=4×15,9994=63,998

PM=2,016+32,064+63,998=98,078 g/mol

Esempio 2 : Calcola il peso molecolare del cloroiridiato di potassio K2IrCl6.

2K=2×39,1 =78,2
1Ir=1×192,2=192,2
6Cl=6×35,45=212,7

PM=78,2+192,2+212,7=483,1 g/mol

La mole                                   

La massa di un atomo o di una molecola è sempre molto piccola mentre durante le reazioni chimiche sono coinvolte sempre un numero di particelle molto grande. Per indicare un numero molto elevato e noto di atomi è stata introdotta una speciale unità di misura. Si tratta della mole (simbolo mol) definita nel modo seguente.

Una mole è la quantità di sostanza che contiene 6,02·1023 particelle elementari, cioè atomi, molecole o ioni.

Formalmente, la mole, è per il Sistema Internazionale (SI) l'unità di misura della quantità di materia, anche se in questo sistema la definizione di mole è la seguente:

La mole è la quantità di sostanza contenente tante particelle elmentari quante se ne trovano in 12 g di carbonio-12, simbolo 126C.

La relazione che lega la massa in grammi di una sostanza al numero di moli è la seguente:

        1

n=numero di moli
m=massa in grammi [ g ]
PM=peso molecolare [g/mol]

Il numero 6,02·1023 è anche chiamato costante di Avogadro e ha simbolo N.

N=6,02·1023 particelle/mol

dal punto di vista dimensionale l'unità di misura della costante è mol-1.
L'importanza della costante di Avogadro sta nel fatto che essa permette il passaggio dal livello microscopico (atomo o molecola) a quello macroscopico (peso molecolare). In caso di necessità, possiamo far riferimento alla seguente formula :

     2

p = numero di particelle (atomi, molecole, ioni, etc...)
n = numero di moli
N = costante di Avogadro

Ad esempio un atomo di ferro Fe ha massa 9,2774·10-23 g.
9,2774·10-23 ·6,02·1023 =55,85 g/mol
e dalla tabella periodica si vede che 55,85g/mol è il peso atomico del ferro.

in questo caso, il numero di partcelle p=1, poi dalla 1 otteniamo mentre dalla 2 si ha sostituendo si ha

   se p=1 si trova la relazione precedente: m·N=PM

Se volessimo applicare la stessa regola ad un composto arriveremmo semplicemente a definire il peso molecolare del composto stesso

Una molecola di acqua H2O ha massa 2,993·10-23 g
2,993·10-23· 6,02·1023 =18,02 g/mol

Dato che la massa di una molecola di acqua è proprio 18,02 u cioè u≡g/mol si deduce il peso molare in grammi (di una mole) di un elemento coincide col peso molecolare di quell'elemento.

 

Esempio 3 : Quanti grammi di H2S ci sono in 0,4 moli di H2S ?

2,016+32,064= 34,08 g/mol

0,4mol × 34,08 g/mol=13,632g

Esempio 4 : Quanti grammi di H e di S sono contenuti in 0,4 moli di H2S ?

Vi sono
2 x 0,4=0,8 u di H
1 x 0,4=0,4 u di S

H =0,8 × 1,008=0,806 g
S =0,4 × 32,064=12,82 g

Reazioni chimiche                

E' la combinazione di due o più elementi per formare un composto; è rappresentata da una equazione chimica.

Indica la reazione fra A e B per formare AB. Al posto del segno '=' puà esserci una freccia '→ '.

L'equazione è formata da due membri, quello di sinistra, rappresentativo dei reagenti e quello di destra, rappresentativo dei prodotti della reazione.
Se esiste una seconda freccia ' ←' la reazione è considerata reversibile. E' possibile, dunque, partire da degli elementi per ottenere un composto (sintesi) ma anche partire da un composto per ottenere degli elementi (analisi).

I coefficienti delle sostanze che partecipano ad una reazione indicano secondo quale numero di moli i vari reagenti partecipano alla reazione. Pertanto, note le moli di un reagente, si possono dedurre le moli di qualunque altro reagente che interviene nella stessa reazione e risalire al peso di questo tramite la formula: .

Esempio 5 : Si devono neutralizzare 600g di HCl con Ca(OH)2 , secondo la reazione:

Ca(OH)2+2HCl → CaCl2+2H2O
Determina quanti grammi di idrossido di calcio sono necessari.

PM(HCl)=36,5
600 g di HCl corrispondono a         moli di HCl
dai coefficienti della reazione si vede che per neutralizzare 2 moli di HCl ci vuole una mole di Ca(OH)2 , pertanto per neutralizzare 16,5 moli di HCl ci vogliono 8,25 moli di Ca(OH)2.
PM[Ca(OH)2]=74 per cui 8,25 × 74=612 g di Ca(OH)2.

Esempio 6 : Calcola quanti grammi di MnO2 e di HCl sono necessari per preparare 312,4 g di cloro determinare anche quanti grammi di MgCl2 e di H2O si ottengono dalla reazione:

MnO2+4HCl → MnCl2+Cl2+2H2O

PM(CL2)=71
   moli; quindi per effettuare la preparazione occorrono:
1 × 4,4=4,4 moli di MnO2
4 × 4,4=17,6 moli di HCl

In conseguenza di questo fatto, si ottengono

1 × 4,4=4,4 moli di MnCl2
2 × 4,4=8,8 moli di H2O

La risposta al problema è dunque

4,4 × PM(MnO2)= 4,4 x 86,94=382 g di MnO2 necessari
17,6 × PM(HCl)= 17,6 x 36,5=641 g di HCl necessari
4,4 × PM(MnCl2)= 4,4 x 125,85=663 g di MnCl2 ottenuti
8,8 × PM(H2O)= 8,8 x 18=158 g di H2O ottenuti