La mole è l’unità di misura della quantità di sostanza ed è una delle grandezze del Sistema Internazionale. Quando si bilancia una reazione chimica i coefficienti stechiometrici indicano il rapporto tra le moli. Consideriamo ad esempio la reazione bilanciata 4 FeS + 7 O2 → 2 Fe2O3 + 4 SO2
Supponiamo di aver pesato 8.79 g di Fe e vogliamo sapere quanti grammi di Fe2O3 si ottengono dalla reazione.
Poiché i coefficienti stechiometrici indicano il rapporto tra le moli e non tra i grammi quindi abbiamo la necessità di conoscere le moli di FeS.
Una volta conosciute le moli di FeS poiché il rapporto stechiometrico tra FeS e Fe2O3 è di 4:2 (ovvero di 2:1) conosciamo le moli di Fe2O3 ottenute da cui possiamo calcolare i grammi. E’ quindi necessario saper convertire i grammi in moli e viceversa sin dal primo approccio alla chimica sia in ambito di studi più avanzati.
Questa operazione può essere effettuata in vari modi usando formule specifiche ma spesso gli studenti alle prime armi fanno confusione e, a volte, non sono in grado di ricavare le formula inversa.
Formulario
Tutti gli studenti, anche del primo anno delle superiori, sono comunque in grado di risolvere una proporzione quindi si può utilizzare sia nel passaggio da grammi a moli che nel passaggio da moli a grammi la seguente e unica formula:
massa di sostanza (in grammi) / moli di sostanza = massa molare (in grammi) / 1 mole
Come si può notare questa è un’uguaglianza tra due rapporti ovvero una proporzione pertanto possiamo scrivere:
massa di sostanza (in grammi): moli di sostanza = massa molare (in grammi) : 1 mole
Ritorniamo ora al problema iniziale: si hanno 8.79 g di FeS che dobbiamo convertire in moli ovvero abbiamo la massa di sostanza espressa in grammi.
Per conoscere le moli dobbiamo solo calcolare la massa molare sommando le masse atomiche: massa molare di FeS = 55.85 + 32.065 = 87.9
Ciò implica che, approssimando, 1 mole di FeS ha una massa di 87.9 g
Non ci resta che sostituire i dati nella proporzione:
8.79 g : moli di sostanza = 87.9 g : 1 mole
L’incognita è un medio dato dal prodotto dei due estremi diviso l’altro medio ovvero:
moli di sostanza = 8.79 g ∙ 1 mole/ 87.9 g = 0.100
Poiché il rapporto tra FeS e Fe2O3 è di 2:1 anche in questo caso si può usare una proporzione:
2:1 = 0.100:x
Da cui x = moli di Fe2O3 = 0.100 ∙1/2 = 0.0500
A questo punto conosciamo le moli di Fe2O3 ottenute che dobbiamo convertire in grammi. Determiniamo la massa molare di Fe2O3.
(2 ∙ 55.85) + (3 ∙ 15.999) = 159.70 ovvero 1 mole ha una massa di 159.70 g
Utilizziamo nuovamente la stessa proporzione di prima:
massa di sostanza (in grammi):moli di sostanza = massa molare (in grammi) : 1 mole
sostituendo i dati noti che in questo caso sono le moli di Fe2O3 e la sua massa molare in grammi si ha:
massa di sostanza (in grammi) : 0.0500 moli = 159.70 g : 1 mole
L’incognita è un estremo che si ottiene dal prodotto dei due medi diviso l’altro estremo quindi:
massa di sostanza (in grammi) = 0.0500 moli ∙ 159.70 g / 1 mole = 7.99 g di Fe2O3