Le grandezze - Quantità di sostanza - Gli stati di aggregazione

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CONTENUTO DELLA PAGINA
La quantità di sostanza
La mole
Massa e quantità di sostanza

La quantità di sostanza

La quantità di sostanza è una delle sette grandezze fondamentali, ed è definita nel seguente modo:

Ogni sostanza e ogni materiale è composto di molecole, e le molecole sono composte da atomi; ogni atomo a sua volta possiede delle particelle elementari: i protoni (positivi) e i neutroni (neutri) nel nucleo e gli elettroni (negativi) fuori dal nucleo; i più importanti sono i protoni, perchè dal loro numero si distingue un elemento dall'altro, una sostanza dall'altra. Normalmente un atomo possiede un ugual numero di queste tre particelle; se un atomo non possiede protoni ed elettroni in egual numero allora si chiama ione, se possiede neutroni e protoni in diversa misura si chiama isotopo.

L'unità di massa atomica (uma) è una massa di riferimento, che vale circa:

1 uma = 1,66 · 10⁻²⁷ kg

e corrisponde circa alla massa di un neutrone o di un protone.

Gli atomi e gli ioni possiedono una massa atomica relativa (m_A) – in passato chiamata peso atomico – ossia un numero puro che indica il rapporto tra la massa dell'atomo (in kg) e la massa di riferimento (1 uma); di conseguenza dalla massa atomica relativa si può risalire a quanti protoni e neutroni ci sono in totale nel nucleo di un atomo (gli elettroni hanno massa trascurabile). Analogamente la massa molecolare relativa (m_M) corrisponde alla somma delle masse atomiche relative di tutti gli atomi che compongono la molecola.

Possiamo studiare un corpo non solo in base alla propria massa, ma anche in base al numero di molecole che possiede, ossia in base alla quantità di sostanza.

Nel caso di un gas, vale questo importante principio:

Questo principio stabilisce che in un gas, la quantità di sostanza è legata esclusivamente alle sue condizioni fisiche: volume, pressione e temperatura

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La mole

Dal momento che un corpo possiede un numero enorme di molecole, si usa come unità di misura un numero molto elevato, definito in modo particolare, la mole.

Il numero 6,022 · 10²³ è un numero enorme! è una costante fisica importante chiamata numero di Avogadro e si indica con N_A; in particolare è il reciproco di 1uma e dal punto di vista fisico ha dimensioni mol⁻¹.

N_A = 6,022 · 10²³mol⁻¹

Possiamo inoltre indicare con N il numero totale di molecole presenti in un gas. Allora N è dato dal prodotto tra la quantità di sostanza (n) e il numero di Avogadro (N_A):

Nota storica: in passato il numero di Avogadro è stato introdotto come il numero di molecole presenti in 12 grammi di Carbonio-12; più in generale N_A corrisponde al numero di molecole in un corpo avente una massa in grammi pari alla massa atomica relativa dell'elemento del corpo (un po' complicato...).
Ad esempio il carbonio ha massa atomica relativa 12, quindi se prendiamo appunto 12 grammi di carbonio, esso possiede un numero di molecole pari ad N_A; l'ossigeno ha massa atomica relativa 16, quindi occorrono 16 grammi di ossigeno per avere un numero di molecole pari ad N_A; l'oro ha massa atomica relativa 197, quindi in 197 grammi di oro ci sono esattamente N_A molecole; e così via.

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Massa e quantità di sostanza

Che relazione c'è tra la quantità di sostanza e la massa? Ovviamente come abbiamo visto non sono la stessa grandezza, ma comunque sono legate tra loro da una relazione: infatti riprendendo quanto detto sopra:

Quindi una mole di carbonio ha una massa di 12 grammi, una di ossigeno 16 grammi.
In generale:

Essendo m_A la massa atomica relativa, m_M la massa molecolare relativa.
Analogamente, la massa di una sostanza si può calcolare nei seguenti modi:

Essendo N = n · N_A il numero di molecole della sostanza, n il numero di moli, m_mol la massa molare.

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