Grammo per mole
Per prendere 6,022·10²³ molecole d’acqua, il chimico non le conta. Pesa 18,015 g. Quel numero è la massa molare: quanti grammi pesa una mole di sostanza. Per il sale è 58,44 g/mol, per lo zucchero 342,3, per l’emoglobina circa 64 500.
La massa molare si ottiene sommando le masse atomiche secondo la formula della molecola. Le masse atomiche si misurano con lo spettrometro di massa: un magnete separa gli ioni in base alla massa, e quelli più pesanti percorrono un arco più ampio. L’unità SI è il kg/mol, ma nei laboratori si scrive g/mol. Così il numero coincide con la massa della molecola in dalton.
| Notazione | g/mol · nel SI kg/mol |
| Definizione | M = m / n — la massa di una sostanza divisa per la sua quantità di sostanza |
| Valori di riferimento | M(¹²C) = 12,000 000 012 6 g/mol · M_u = 1,000 000 001 05 g/mol |
| Introdotta | pesi atomici in grammi — dal XIX secolo · kg/mol — dall’ingresso della mole nel SI, 1971 |
| Norme | ISO 80000-9 · IUPAC Green Book · CIAAW 2021 |
| Valori tipici | 18,015 g/mol — acqua · 180,16 — glucosio · 64 500 — emoglobina |
01 · Definizione
La massa di una mole
Prendete una sostanza e dividete la sua massa per la quantità di sostanza in moli. Si ottiene la massa molare M. Per una sostanza pura è costante. 9 g d’acqua sono 0,5 mol, 36 g sono 2 mol, e il rapporto è sempre 18,015 g/mol.
Si calcola dalla formula della molecola. La massa atomica di ogni elemento si prende dalla tavola IUPAC, si moltiplica per il numero di atomi e si somma tutto. Le masse atomiche sono medie sulla miscela naturale degli isotopi. Per questo il cloro ha 35,45 e non un numero intero.
Componete una molecola e pesate una mole
Le sfere sono gli atomi della molecola; la loro dimensione cresce con la massa atomica. La barra sotto mostra la stessa massa divisa in parti: quale frazione della massa molare spetta a ciascun elemento. Nero il carbonio, blu l’idrogeno, verde l’azoto, cremisi l’ossigeno, grigio il cloro.
Che cosa entra nello spettrometro
Ogni cella contiene la formula scheletrica di una sostanza dell’esperimento. Gli angoli e le estremità delle linee sono atomi di carbonio, gli idrogeni legati non si disegnano, una linea doppia è un legame doppio. L’azoto è segnato in verde, l’ossigeno in cremisi. Il numero verde sotto la formula è la massa molare in g/mol. Al centro c’è la caffeina: una scintilla blu corre lungo i suoi anelli.
Il magnete separa gli ioni in base alla massa
Al centro, uno spettrometro di massa in sezione. Il vapore della sostanza entra nella sorgente, un filamento incandescente strappa elettroni alle molecole e la tensione U accelera gli ioni. Nel campo magnetico B lo ione percorre un arco di raggio r = √(2mU/e) / B: più è pesante, più l’arco è ampio. Le linee tratteggiate blu sono fasci di ioni di massa diversa; la loro luminosità indica la quota di quelle molecole in natura. La separazione dei fasci nel disegno è ingrandita 8 volte, altrimenti le masse vicine si fonderebbero in un solo arco. Nella fenditura del collettore entra solo il fascio con raggio esattamente di 200 mm, e il collettore si accende di cremisi. Il campo varia lentamente, e lo schermo a destra registra lo spettro con una linea cremisi; il trattino blu è la massa che si trova ora sulla fenditura. Sotto lo schermo c’è una bilancia: vi si appoggia esattamente una mole della sostanza. Il pannello a sinistra mostra la massa molare e la modalità dello strumento. Un clic sullo spettrometro porta il campo sul picco più alto, un clic sulla bilancia vi appoggia una mole. Se non si tocca nulla per 20 s, gli esperimenti procedono da soli.
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02 · Conversione
| {n} | {v} | {note} |
Il dalton e il g/mol danno lo stesso numero, ma sono grandezze diverse. Il dalton è la massa di una molecola, il g/mol la massa di una mole. Dal 2019 i numeri non coincidono più esattamente: secondo CODATA 2022 differiscono di 1,05·10⁻⁹, ben oltre la portata di qualsiasi bilancia.
Nelle tabelle ingegneristiche compaiono il kg/kmol e il lb/lb-mol. Il loro numero è lo stesso del g/mol: la chilomole è mille volte più grande della mole, e così il chilogrammo. Una libbra-mole vale 453,59 mol.
03 · Ordini di grandezza
04 · Strumenti di misura
05 · Regole di scrittura
06 · Unità vicine
07 · Sezione storica
La massa atomica di un elemento dipende da dove è stato prelevato il campione. L’idrogeno dell’acqua di mare e quello del gas naturale contengono quote diverse di deuterio. Per questo la CIAAW indica per l’idrogeno un intervallo, 1,007 84–1,008 11, e nei calcoli si usa il valore convenzionale 1,008. Di conseguenza la massa molare dell’acqua è esatta solo fino alla quinta cifra.
La scala stessa si basa sul carbonio-12. Fino al 2019 M(¹²C) valeva esattamente 12 g/mol per definizione. Da quando la mole è definita tramite il numero di Avogadro, questo valore si misura: secondo CODATA 2022 è 12,000 000 012 6 g/mol, con un’incertezza di 3,7·10⁻⁹ g/mol. Un chimico non noterà la differenza.
Catalogo delle grandezze
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Una goccia d'acido cambia il colore del succo, il sale colora la fiamma, l'acqua gela con un colpo. Sotto, tutte le schede di Simetrium, per disciplina e in ordine alfabetico.
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