Moli e molarità — formule e calcoli

Le moli misurano la quantità di sostanza. La molarità misura quante moli di soluto sono presenti per litro di soluzione. Nella maggior parte degli esercizi di chimica, si passa prima dalla massa alle moli e poi dalle moli alla concentrazione.

Le due formule che userai più spesso sono

$$n = \frac{m}{M_\mathrm{m}}$$

e

$$M = \frac{n}{V}$$

Qui, $n$ è la quantità in moli, $m$ è la massa, $M_\mathrm{m}$ è la massa molare, $M$ è la molarità e $V$ è il volume finale della soluzione in litri.

Se ricordi una sola distinzione, ricorda questa: le moli descrivono una quantità, mentre la molarità descrive una quantità per litro di soluzione.

Che cosa significano le moli

La mole è l’unità di conteggio della chimica per le particelle. Una mole contiene esattamente $6.02214076 \times 10^{23}$ particelle specificate, ma nella maggior parte dei problemi introduttivi non si contano direttamente le particelle. Di solito si parte dalla massa, la si converte in moli e poi si usano le moli nel passaggio successivo.

Per questo le moli funzionano come un’unità ponte. Collegano massa, numero di particelle, formule dei gas e concentrazione delle soluzioni.

Che cosa significa la molarità in chimica

La molarità è la concentrazione di una soluzione espressa in moli di soluto per litro di soluzione:

$$M = \frac{n}{V}$$

Una soluzione di cloruro di sodio a $0.50\ \mathrm{M}$ contiene $0.50$ moli di $\mathrm{NaCl}$ in ogni $1.00\ \mathrm{L}$ di soluzione. Le parole "di soluzione" sono importanti. La molarità si basa sul volume finale della miscela, non su quanta acqua hai usato all’inizio.

Come lavorano insieme moli e molarità

Quando un problema fornisce la massa e chiede la molarità, il percorso usuale è:

$$\text{grammi} \rightarrow \text{moli} \rightarrow \text{molarità}$$

Per prima cosa converti i grammi in moli:

$$n = \frac{m}{M_\mathrm{m}}$$

Poi usi quelle moli nella formula della molarità:

$$M = \frac{n}{V}$$

Se il problema procede nella direzione opposta, puoi riordinare la stessa definizione:

$$n = MV$$

Questo funziona solo quando $V$ è espresso in litri e la molarità si riferisce allo stesso soluto nella stessa soluzione.

Esempio svolto: da grammi a molarità

Supponi che $9.00\ \mathrm{g}$ di glucosio, $\mathrm{C_6H_{12}O_6}$, vengano sciolti e che il volume finale della soluzione sia $250\ \mathrm{mL}$. Qual è la molarità?

Passo 1: trova la massa molare

Per il glucosio,

$$M_\mathrm{m} \approx 6(12.01) + 12(1.008) + 6(16.00) \approx 180.16\ \mathrm{g/mol}$$

Passo 2: converti i grammi in moli

$$n = \frac{9.00}{180.16} \approx 0.0499\ \mathrm{mol}$$

Passo 3: converti il volume in litri

$$250\ \mathrm{mL} = 0.250\ \mathrm{L}$$

Passo 4: calcola la molarità

$$M = \frac{0.0499}{0.250} \approx 0.200\ \mathrm{mol/L}$$

Quindi la concentrazione della soluzione è

$$0.200\ \mathrm{M}$$

La logica è il punto principale: usa la massa molare per ottenere le moli, poi dividi per i litri di soluzione.

Errori comuni nei problemi su moli e molarità

Usare direttamente i grammi nella formula della molarità

La formula della molarità richiede le moli, non i grammi. Se viene data la massa, converti prima con $n = m / M_\mathrm{m}$.

Usare i millilitri come se fossero litri

$500\ \mathrm{mL}$ corrispondono a $0.500\ \mathrm{L}$, non a $500\ \mathrm{L}$. Questo è uno dei modi più rapidi per sbagliare di un fattore $1000$.

Usare il volume del solvente invece del volume della soluzione

Se un problema dice "porta la soluzione a $250\ \mathrm{mL}$", usa $250\ \mathrm{mL}$ come volume finale. Non supporre che il volume iniziale dell’acqua sia lo stesso.

Usare la massa molare sbagliata

La massa molare deve corrispondere all’intera formula. Per esempio, la massa molare di $\mathrm{NaCl}$ non è la massa molare del solo sodio.

Quando i chimici usano moli e molarità

Queste idee si usano ogni volta che in chimica si passa da "che sostanza è questa?" a "quanta ce n’è?" oppure "quanto è concentrata la soluzione?". Compaiono nella preparazione di soluzioni, nella stechiometria, nelle titolazioni e nei calcoli di laboratorio di routine.

Se la temperatura cambia abbastanza da modificare in modo apprezzabile il volume della soluzione, anche la molarità può cambiare. Questa condizione è importante perché la molarità dipende dal volume.

Prova un esercizio simile su moli e molarità

Prova una tua versione con $5.84\ \mathrm{g}$ di $\mathrm{NaCl}$ portati a $500\ \mathrm{mL}$ di soluzione. Trova prima le moli, poi calcola la molarità e controlla che il volume sia espresso in litri prima dell’ultimo passaggio.