Il concetto di mole e la costante di Avogadro

Il concetto di mole si basa sul principio di contare pesando, ad esempio quando compri all’OBI i chiodini piccoli, utilizzi la massa che si rapporta al loro numero, così come una mole è il rapporto tra massa e numero di particelle.

Alla fine del diciannovesimo secolo, Wilhelm Ostwald propone il concetto di mole, che si è evoluto col tempo, di cui abbiamo una prima definizione all’inizio del ventesimo secolo:

Una mole è la quantità di sostanza che rappresenta un numero di particelle compreso in 12 grammi di Carbonio 12.

Quante particelle ci sono in una mole? #

Innanzitutto, attraverso la massa atomica, calcoliamo il numero di particelle comprese in una mole di Carbonio 12:

$$ \frac{12g}{1,661*10^{-24}\frac{g}{u}*12u} $$

• Un atomo di Carbonio 12 pesa $12u$.
• $1u$ corrisponde a $1,661*10^{-24}$ grammi.
• Seguendo la definizione di Wilheilm Ostwald, una mole di Carbonio 12 pesa 12 grammi dunque posso calcolare quanti atomi di Carbonio 12 sono compresi in essa.

Il rapporto soprastante infatti definisce il numero di particelle comprese in una mole di Carbonio 12, risolvendolo troviamo $ \frac{1}{1,661*10^{-24}} $, che corrisponde a ${6,022*10^{23}}$ particelle.

Secondo tale dimostrazione, in una mole sono comprese ${6,022*10^{23}}$ particelle.

In questo modo riesco a connettere il mondo microscopico, di atomi e molecole con quello macroscopico, misurabile facilmente anche con strumenti abbordabili, come una bilancia.

Trovare il peso di una mole d’acqua distillata #

$$ \frac{xg}{1,661*10^{-24}g*(2*1+16)} = 6,022*10^{23} $$

Una mole d’acqua, H₂O, per contenere lo stesso numero di particelle di una mole di carbonio e rispettare la definizione di mole, dovrà pesare $x$ grammi.

Una molecola d’acqua pesa 18 unità atomiche, poiché composta da 2 atomi di Idrogeno, ognuno di massa atomica pari ad 1u e da un solo atomo di ossigeno, di massa atomica pari a 16u.

Il peso di una mole d’acqua è pari a numero di particelle di H20 in una mole (costante per ogni particella) * peso di una particella di H20 in unità atomiche * peso di un’unità atomica in grammi (costante per ogni particella).

$$ 6,022*10^{23} * {1,661*10^{-24}\frac{g}{u}*(2*1+16)u} $$

Ci siamo appena accorti che $ {1,661*10^{-24}\frac{g}{u}*(2*1+16)u} $ è l’antireciproco di $6,022*10^{23}$: moltiplicando questi due fattori, il risultato è pari ad 1$g$.

Il calcolo del peso in grammi di una mole d’acqua diventa molto semplice: (2*1+16)g, ossia l’equivalente della massa atomica, ma con una diversa unità di misura: i grammi.

Ovviamente questa relazione tra massa atomica e massa molare (massa in grammi di una mole) resterà costante per ogni sostanza, non dovete credermi, basta verificare i calcoli eseguiti nelle righe soprastanti, ad esempio provando con altre sostanze!

La costante di Avogadro #

Il numero di particelle contenute in una mole, $6,02*10^{23}$, è anche chiamato numero di Avogadro, nome ispirato ad Amedeo Avogadro, chimico italiano del XIX secolo interessato ai collegamenti tra il macroscopico ed il microscopico. Mentre il numero di Avogadro è adimensionale, la costante di Avogadro, invece, è espressa in $1/mol \Rightarrow mol^{-1} $, poiché è il numero di particelle comprese in una mole.

Cos’è una mole #

Quantità chimica che contiene un numero pari a 6,02*10^23 particelle elementari

Questa la definizione attuale di mole - verificata sperimentalmente in questo articolo - coniata verso la fine del 2018.