Concetto di mole e numero di Avogadro: cosa sono e a cosa servono

Un atomo è troppo piccolo per essere contato a uno a uno: in una punta di matita ce ne sono più di quanti se ne potrebbero numerare in milioni di anni. La mole risolve questo problema. È semplicemente un modo di contare per pacchi enormi e fissi di particelle, esattamente come una dozzina conta dodici uova: la mole conta sempre lo stesso, gigantesco numero di atomi o molecole, e questo numero si chiama numero di Avogadro.

Vediamo che cosa è davvero la mole, quanto vale il numero di Avogadro, perché serve un'unità così particolare e come permette di passare dalla scala invisibile degli atomi a quella misurabile in laboratorio.

Perché serve contare gli atomi a pacchi

Gli atomi e le molecole hanno masse dell'ordine di pochi milionesimi di miliardesimo di miliardesimo di grammo. Sono così leggeri e così numerosi che maneggiarli uno per uno è impensabile. Quando in laboratorio pesiamo un grammo di una sostanza, stiamo in realtà maneggiando un numero di particelle scritto con più di venti cifre. Serviva quindi un'unità che facesse da ponte tra ciò che pesiamo sulla bilancia e ciò che reagisce a livello molecolare: quell'unità è la mole.

L'idea è quella del commerciante che non conta i chicchi di riso ma li pesa, sapendo quanti chicchi stanno in un chilo. Allo stesso modo il chimico non conta gli atomi: ne pesa una quantità e, conoscendo la massa di una mole, sa esattamente quante particelle ha tra le mani.

Che cos'è la mole

La mole è l'unità di misura della quantità di sostanza nel Sistema Internazionale. Una mole contiene sempre lo stesso numero di entità elementari (atomi, molecole, ioni o elettroni, a seconda di ciò di cui si parla). Dire «una mole di acqua» significa dire un numero fissato e preciso di molecole d'acqua, esattamente come dire «una dozzina di rose» significa dodici rose, né una di più né una di meno.

Il numero di Avogadro

Il numero che definisce quante particelle stanno in una mole è il numero di Avogadro, che vale circa 6,022 ×10²³. È un numero enorme, difficile da intuire: se distribuissimo una mole di granelli di sabbia su tutta la superficie terrestre, ne ricopriremmo ogni metro quadrato con uno strato spesso decine di centimetri. Nella definizione moderna del Sistema Internazionale questo valore è fissato per convenzione con un numero esatto di cifre, e non dipende più da alcuna misura sperimentale.

Nₐ = 6,022 ×10²³ particelle/mol

Per passare dalle moli al numero effettivo di particelle, o viceversa, basta moltiplicare o dividere per il numero di Avogadro:

N = n · Nₐ

dove N è il numero di particelle e n il numero di moli. Avere 2 moli di una sostanza significa avere il doppio del numero di Avogadro di particelle, cioè circa 1,2 ×10²⁴ entità.

La mole come ponte tra micro e macro

Il vero motivo per cui la mole è così importante è che collega due mondi. Da una parte c'è la scala atomica, dove le reazioni avvengono per singole particelle che si combinano in rapporti precisi; dall'altra c'è la scala del laboratorio, dove lavoriamo con grammi, litri e bilance. Le equazioni chimiche parlano la lingua delle particelle («due molecole di idrogeno reagiscono con una di ossigeno»), ma in pratica non possiamo prendere due molecole: prendiamo due moli. Poiché ogni mole contiene lo stesso numero di entità, i rapporti tra particelle e i rapporti tra moli sono identici.

È questo che rende la mole indispensabile: traduce automaticamente le ricette molecolari delle reazioni in quantità pesabili. Senza di essa, ogni calcolo chimico quantitativo — quanto reagente serve, quanto prodotto si ottiene — sarebbe impossibile. La mole è, in un certo senso, l'unità di conto del chimico, ed è il punto di partenza di tutta la stechiometria.

Ordini di grandezza a confronto

Per cogliere quanto sia grande il numero di Avogadro, conviene confrontare alcune quantità di sostanza con il numero di particelle che esse contengono:

Anche un millesimo di mole, una quantità del tutto comune in laboratorio, contiene un numero di particelle che resta inimmaginabile: oltre seicento miliardi di miliardi. È il motivo per cui non potremmo mai contarle, e per cui la mole è tanto utile.

Domande frequenti

Che cos'è la mole?

È l'unità di misura della quantità di sostanza nel Sistema Internazionale. Una mole contiene sempre lo stesso numero di entità elementari — atomi, molecole o ioni — pari al numero di Avogadro. È un modo di contare a pacchi fissi le particelle, che altrimenti sarebbero troppo numerose e troppo piccole per essere contate.

Quanto vale il numero di Avogadro?

Vale circa 6,022 ×10²³ particelle per mole. Nella definizione moderna del Sistema Internazionale è un valore fissato per convenzione con un numero esatto di cifre, e rappresenta quante entità elementari sono contenute in una mole di qualunque sostanza.

Perché gli atomi si contano in moli e non a uno a uno?

Perché gli atomi sono così piccoli e numerosi che contarli singolarmente è impossibile: anche in un solo grammo di sostanza ce ne sono più di venti cifre. La mole permette di lavorare con quantità pesabili sulla bilancia, sapendo però con esattezza quante particelle corrispondono a una certa massa.

Una mole di atomi e una mole di molecole hanno lo stesso numero di particelle?

Sì: in entrambi i casi ci sono 6,022 ×10²³ entità. La differenza è di che entità si tratta. Una mole di molecole di ossigeno (O₂) contiene il numero di Avogadro di molecole, ma il doppio di atomi, perché ogni molecola ne contiene due. Per questo va sempre specificato se si parla di atomi o molecole.

Come si passa dalle moli al numero di particelle?

Si moltiplica il numero di moli per il numero di Avogadro: N = n · Nₐ. Per esempio, 3 moli contengono 3 × 6,022 ×10²³, cioè circa 1,8 ×10²⁴ particelle. Per fare il percorso inverso, dal numero di particelle alle moli, si divide per il numero di Avogadro.