Come trovare la massa molare

La massa molare è una proprietà fisica delle sostanze. È molto utile per analizzare, confrontare e prevedere le altre proprietà fisiche e chimiche come la densità, il punto di fusione, il punto di ebollizione e la quantità di sostanza che reagisce con un'altra sostanza in un sistema. C'è più di un metodo per calcolare la massa molare. Alcuni di questi metodi includono l'uso dell'equazione diretta, l'aggiunta delle masse atomiche di diversi elementi in un composto e l'uso di un punto di ebollizione o di una depressione del punto di congelamento. Alcuni di questi metodi principali saranno discussi concisamente in questo articolo. 

Aree chiave coperte

1. Cos'è la massa molare
      - Definizione, equazione per calcolo, spiegazione
2. Come trovare la massa molare
      - Metodi per determinare la massa molare
3.Qual è l'importanza di conoscere la massa molare di una sostanza
      - Applicazioni della massa molare

Termini chiave: numero di Avogadro, punto di ebollizione, Calusius-Clapeyron, Costante crioscopica, Costante ebullioscopica, Punto di congelamento, Punto di fusione, Molalità, Massa molare, Peso molecolare, Pressione osmotica, Massa atomica relativa

Cos'è la massa molare

La massa molare è la massa di una talpa di una particolare sostanza. L'unità più comunemente utilizzata per la massa molare di una sostanza è gmol^-1. Tuttavia, l'unità SI per la massa molare è kgmol^-1 (o kg / mol). La massa molare può essere calcolata usando la seguente equazione.

Massa molare = Massa della sostanza (Kg) / Quantità di sostanza (Mol)

Talpa o mol è l'unità utilizzata per misurare la quantità di una sostanza. Una mole di una sostanza è uguale a un numero molto grande, 6.023 x 10²³ di atomi (o molecole) di cui è fatta la sostanza. Questo numero è chiamato il numero di Avogadro. È una costante perché non importa quale sia il tipo di atomo, una sua mole è uguale a quella quantità di atomi (o molecole). Pertanto, la massa molare può essere data una nuova definizione, cioè la massa molare è la massa totale di 6.023 x 10²³ atomi (o molecole) di una particolare sostanza. Per evitare confusione, dai un'occhiata al seguente esempio.

• Il composto A è composto da molecole A.
• Il composto B è composto da molecole B.
• Una mole di composto A è composta da 6.023 x 10²³ di A molecole.
• Una mole di composto B è composta da 6.023 x 10²³ di molecole di B..
• La massa molare del composto A è la somma delle masse di 6.023 x 10²³ Una molecola.
• La massa molare del composto B è la somma delle masse di 6.023 x 10²³ Molecole B.

Ora possiamo applicare questo per sostanze reali. Una talpa di H₂O è composto da 6.023 x 10²³ H₂O molecole. La massa totale di 6.023 x 10²³ H₂O molecole è di circa 18 g. Pertanto, la massa molare di H₂O è 18 g / mol.

Come trovare la massa molare

La massa molare di una sostanza può essere calcolata usando diversi metodi come;

1. Usando le masse atomiche
2. Utilizzando l'equazione per il calcolo della massa molare
3. Dall'elevazione del punto di ebollizione
4. Dalla depressione del punto di congelamento
5. Dalla pressione osmotica

Questi metodi sono discussi in dettaglio di seguito.

Usando le masse atomiche

La massa molare di una molecola può essere determinata usando masse atomiche. Questo può essere fatto semplicemente aggiungendo masse molari di ogni atomo presente. La massa molare di un elemento è data come sotto.

Massa molare di un elemento = Massa atomica relativa x costante di massa molare (g / mol)

La massa atomica relativa è la massa di un atomo rispetto alla massa dell'atomo di carbonio-12 e non ha unità. Questa relazione può essere data come segue.

Peso molecolare di A = Massa di una molecola di A / [Massa di un atomo di carbonio-12 x (1/12)]

Prendiamo in considerazione gli esempi seguenti per comprendere questa tecnica. I seguenti sono i calcoli per composti con lo stesso atomo, combinazione di diversi atomi diversi e combinazione di un gran numero di atomi.

• Massa molare di H₂

o Tipi di atomi presenti = due atomi di H
o masse atomiche relative = 1.00794 (H)
o Massa molare di ciascun atomo = 1.00794 g / mol (H)
o Massa molare del composto = (2 x 1,00794) g / mol
                                                   = 2,01588 g / mol

• Massa molare di HCl

o Tipi di atomi presenti = un atomo di H e un atomo di Cl
o masse atomiche relative = 1.00794 (H) + 35.453 (Cl)
o Massa molare di ciascun atomo = 1.00794 g / mol (H) + 35.453 g / mol (Cl)
o Massa molare del composto = (1 x 1,00794) + (1 x 35,453) g / mol
                                                   = 36,46094 g / mol

• Massa molare di C₆H₁₂O₆

o Tipi di atomi presenti = 6 atomi di C, 12 atomi di H e atomo di 6 O Cl
o masse atomiche relative = 12.0107 (C) + 1.00794 (H) + 15.999 (O)
o Massa molare di ciascun atomo = 12.0107 g / mol + 1.00794 g / mol (H) + 15.999 g / mol (O)
o Massa molare del composto = (6 x 12.0107) + (12 x 1.00794) + (6 x 15.999) g / mol
                                                   = 180,15348 g / mol

Utilizzando l'equazione

La massa molare può essere calcolata utilizzando l'equazione riportata di seguito. Questa equazione è usata per determinare un composto sconosciuto. Considera il seguente esempio.

Massa molare = Massa della sostanza (kg) / Quantità di sostanza (mol)

• Il composto D è in soluzione. I dettagli sono dati come segue.
  • Il composto D è una base forte.
  • Può rilasciare un H⁺ ione per molecola.
  • La soluzione del composto D è stata realizzata usando 0,599 g di composto D.
  • Reagisce con HCl nel rapporto di 1: 1

Quindi la determinazione può essere effettuata con una titolazione acido-base. Poiché è una base forte, titolare la soluzione con un acido forte (Es: HCl, 1,0 mol / L) in presenza di un indicatore di fenolftaleina. Il cambiamento di colore indica il punto finale (Es: quando vengono aggiunti 15,00 ml di HCl) della titolazione e ora tutte le molecole della base sconosciuta sono titolate con l'acido aggiunto. Quindi la massa molare del composto sconosciuto può essere determinata come segue.

o La quantità di acido ha reagito = 1,0 mol / L x 15,00 x 10-3 L
                                                                          = 1,5 x 10-2 mol
o Pertanto, la quantità di base ha reagito = 1,5 x 10-2 mol
o La massa molare del composto D = 0,599 g / 1,5 x 10-2 mol
                                                                          = 39,933 g / mol
o Quindi il composto sconosciuto D può essere previsto come NaOH. (Ma per confermare questo, dovremmo fare ulteriori analisi).

Dall'elevazione del punto di ebollizione

L'elevazione del punto di ebollizione è il fenomeno che descrive che l'aggiunta di un composto ad un solvente puro aumenterebbe il punto di ebollizione di quella miscela ad un punto di ebollizione più alto di quello del solvente puro. Pertanto, la massa molare di tale composto aggiunto può essere trovata utilizzando la differenza di temperatura tra due punti di ebollizione. Se il punto di ebollizione del solvente puro è T_solvente e il punto di ebollizione della soluzione (con il composto aggiunto) è T_soluzione, la differenza tra due punti di ebollizione può essere data come sotto.

ΔT = T_soluzione - T_solvente

Con l'uso della relazione Clausius-Clapeyron e della legge di Raoult, possiamo ottenere una relazione tra ΔT e molalità della soluzione. 

ΔT = K_B . M

Dove K_B è costante ebullioscopica e dipende solo dalle proprietà del solvente e M è la molalità

Dall'equazione di cui sopra, possiamo ottenere un valore per la molalità della soluzione. Poiché la quantità di solvente utilizzata per la preparazione di questa soluzione è nota, possiamo trovare il valore per le moli del composto aggiunto.

Molalità = Moli di composto aggiunto (mol) / Massa di solvente puro utilizzato (kg)

Ora che conosciamo le moli del composto nella soluzione e la massa del composto aggiunto, possiamo determinare la massa molare del composto.

Massa molare = Massa del composto (g) / Moli del composto (mol)

Figura 01: Elevazione del punto di ebollizione e Depressione del punto di congelamento

Dalla depressione del punto di congelamento

La depressione del punto di congelamento è l'opposto dell'elevazione del punto di ebollizione. Talvolta, quando un composto viene aggiunto a un solvente, il punto di congelamento della soluzione viene abbassato rispetto a quello del solvente puro. Quindi le equazioni di cui sopra sono leggermente modificate.

ΔT = T_soluzione - T_solvente

Il valore ΔT è un valore negativo poiché il punto di ebollizione è ora inferiore al valore iniziale. La molalità della soluzione può essere ottenuta come nel metodo di elevazione del punto di ebollizione.

ΔT = K_f . M

Qui, il K_f  è noto come la costante crioscopica. Dipende solo dalle proprietà del solvente.

Il resto dei calcoli è lo stesso del metodo di elevazione del punto di ebollizione. Qui, le moli del composto aggiunto possono anche essere calcolate usando l'equazione sottostante.

Molalità = Moli di composto (mol) / Massa di solvente utilizzato (kg)

Quindi la massa molare può essere calcolata usando il valore per le moli del composto aggiunto e la massa del composto aggiunto.

Massa molare = Massa del composto (g) / Moli del composto (mol)

Dalla pressione osmotica

La pressione osmotica è la pressione necessaria per evitare che un solvente puro passi ad una data soluzione per osmosi. La pressione osmotica può essere data sotto l'equazione.

Π = MRT

Dove, Π è la pressione osmotica,
             M è la molarità della soluzione
             R è la costante universale del gas
             T è la temperatura

La molarità della soluzione è data dalla seguente equazione.

Molarità = Moli di composto (mol) / Volume di soluzione (L)

Il volume della soluzione può essere misurato e la molarità può essere calcolata come sopra. Pertanto, è possibile misurare le moli del composto nella soluzione. Quindi è possibile determinare la massa molare.

Massa molare = Massa del composto (g) / Moli del composto (mol)

Qual è l'importanza di conoscere la massa molare di una sostanza

• Le masse molari di diversi composti possono essere utilizzate per confrontare i punti di fusione e i punti di ebollizione di tali composti.
• La massa molare viene utilizzata per determinare le percentuali di massa degli atomi presenti in un composto.
• La massa molare è molto importante nelle reazioni chimiche per scoprire le quantità di un certo reagente che ha reagito o per trovare la quantità di prodotto che può essere ottenuta.
• Conoscere le masse molari è molto importante prima di progettare un set sperimentale.

Sommario

Esistono diversi metodi per calcolare la massa molare di un dato composto. Il modo più semplice tra loro è l'aggiunta di masse molari di elementi presenti in quel composto.

Riferimenti:

1. "Talpa". Encyclopædia Britannica. Encyclopædia Britannica, inc., 24 aprile 2017. Web. Disponibile qui. 22 giugno 2017. 
2. Helmenstine, Anne Marie. "Come calcolare la massa molare". ThoughtCo. N., n. Web. Disponibile qui. 22 giugno 2017.
3. Robinson, Bill. "Determinazione della massa molare." Chem.purdue.edu. N., n. Web. Disponibile qui. 22 giugno 2017.
4. "Depressione del punto di congelamento." LibreTexts di chimica. Libretexts, 21 luglio 2016. Web. Disponibile qui il 22 giugno 2017. 

Cortesia dell'immagine:

1. "Depressione del punto di congelamento ed elevazione del punto di ebollizione" di Tomas er - Opera propria (CC BY-SA 3.0) via Commons Wikimedia