IUPAC                        Grandezze, unità di misura, e simboli in Chimica                                                          pag.  41

 

2.10    CHIMICA GENERALE

 

 

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I nomi e simboli raccomandati qui sotto sono in accordo con quelli raccomandati dalla IUPAP [4] e dalla ISO [5.e,i].

[Int. Est. indicano grandezze intensive ed estensive; C sono le costanti]

 

Nome

Simbolo

Definizione

Unità di misura SI 

Note

Int.

Est.

numero delle entità B (es.: molecole, atomi, ioni, unità di formula)

  [da specificare]

N  

[N = n NA]

N = n L

[L NA]

1

1, 2

E

quantità (di sostanza) [della sostanza B]

nB ,  n(B)

n(B) = NB/NA

n(B) = NB/L

mol

[mol(B), molB]

1, 2

E

costante di Avogadro

L, NA

 6,022 1023 mol-1

mol-1

I

massa di un atomo,

massa atomica

 m

ma

kg

2

E

I

massa di una entità B (molecola, unità di formula)

mB, m

[ 1 u = 1,661 10-27 kg]

kg

3

E

costante della massa atomica

[= unità di massa atomica]

mu

mu = mu(12C)/12

[= 1 u = 1,66 10-27 kg]

kg

4

I

massa molare [dell'entità B]

M

MB = m/nB

kg mol-1

2,  5

I

massa molecolare relativa

(massa molare relativa,

  peso molecolare)

Mr,B

Mr,B  =  mf/mu

1

6

I

massa atomica relativa

(peso atomico)

Ar

Ar  =  ma/mu

1

6

I

volume molare [di B]

Vm

Vm,B  =  V/nB

m3 mol-1

2,  5

I

frazione massica [del componente j ]

w

wj  =  mj /S mtot

1

7

I

frazione volumica [del componente j]

f

 fj  =  Vj /S Vtot

1

7,  8

I

frazione molare [del componente B ]

frazione di quantità,

frazione di numero

x,  y

xB  =  nB /S ntot

xB  =  nB / nA

xB  =  NB / NA

1

1

1

2,  9

2,  9

2,  9

I

I

I

 

NOTE

(1)  Le parole "di sostanza" possono essere sostituite dal nome dell'entità.

      Esempio:  Quando la quantità di O2 è uguale a tre moli, n(O2)  =  3 mol, allora la quantità di 1/2 O2 è uguale

                         a sei moli, n(1/2 O2)  =  6 mol. Così  n(1/2 O2)  =  2 n(O2).  Vedi inoltre l'argomentazione a pag. 46.

(2)  La definizione si applica alle entità B che dovrebbero essere sempre indicate a pedice o fra parentesi,

       Esempio:   nB  oppure  n(B)

(3)  Un'unità di formula non è un'unità ma è un'entità specificata come il gruppo di atomi che è scritto nella

       formula che viene scritta. Vedi esempi a pag. 45

(4)  mu è uguale all'unità di massa atomica unificata, con simbolo "u"; p.es.  mu = 1 u       

       In biochimica questa unità di misura viene chiamata dalton , con simbolo "Da", anche se né il nome né il simbolo

       sono stati approvati da una CGPM.

(5)  La definizione si applica a sostanze pure, dove m è la massa totale e V è il volume totale. Però grandezze

       corrispondenti possono essere definite anche per una miscela come m/n e V/n, dove n = S ni.

      Queste grandezze vengono chiamate rispettivamente massa molare media e volume molare medio.

(6)  Per le molecole Mr è la massa molecolare relativa o peso molecolare; per gli atomi Mr è la massa atomica

      relativa o peso atomico e si dovrebbe usare il simbolo Ar. Mr può assumere anche il nome e il significato di

      massa molare relativa:  Mr,B = MB/M°, dove M° = 1 g/mol.

      I pesi atomici standard raccomandati dalla IUPAC, sono listati nella tabella 6.2, pag. 94

(7)  La definizione si applica al componente j.

(8)  Vj e Vi sono i volumi dei componenti prima del mescolamento.

(9)  Per le fasi condensate si usa x, per le miscele gassose può essere usato y.


IUPAC                        Grandezze, unità di misura, e simboli in Chimica                                                          pag. 42

 

pressione (totale)

  [pressione dell'ambiente]

p,  P

Pa

10

I

pressione parziale [della sostanza B]

pB

pB  =  yB  P

Pa

11

I

concentrazione massica

(densità massica) [del componente j]

g,  r 

gj  =  mj/V

kg m-3

7,  12,  13

I

concentrazione numerica, densità numerica dell'entità [B,  affollamento molecolare]

C,  n

CB  =  NB/V

m-3

2,  12,  14

I

concentrazione di quantità [della sostanza B], concentrazione molare

c

cB = nB/V

mol m-3

[mol dm3 º MB]

2,  12,  15

I

solubilità [di una sostanza B]

s

sB  =  cB

(della soluzione satura)

mol m-3 [ º MB]

2

I

molalità (di un soluto)

m,  b

mB  =  nB/mA

mol kg-1

2,  16

I

concentrazione areica

G

GB  =  nB/A

mol m-2

2

I

coefficiente stechiometrico

n

1

17

E

 

NOTE

(10)     Le pressioni sono spesso espresse con l'unità di misura non-SI "bar", dove  1  bar = 105 Pa. 

            La pressione standard è p° = 1 bar = 105 Pa (vedi pag. 54,112,166).  Le pressioni basse vengono spesso

            espresse in millibar, dove 1 mbar  =  10-3 bar  =  100 Pa.

(11)     Il simbolo e la definizione si applicano alle molecole di B, che deve essere specificato. Nei gas reali (non ideali)

            c'è una difficoltà nel definire la pressione parziale. Alcuni autori considerano l'equazione riportata come una

         definizione operativa; l'alternativa è di considerare la pressione parziale di B come la pressione che sarebbe

         esercitata dalle sole molecole di B. [pB  =  yB f P esempio]

(12)     V è il volume della miscela

(13)     Nella scienza dei polimeri il simbolo "c" è spesso usato per indicare la concentrazione massica.

(14)     Il termine concentrazione di numero (o entitica) e il simbolo "C" è preferito per le miscele.

(15)     L'unità di misura "mol dm-3"è spesso usato per la concentrazione molare (=amount concentration). 

            "Concentrazione molare" o "concentrazione di quantità" sono abbreviazioni per "concentrazione di quantità

            della sostanza". La divisione di Chimica Clinica della IUPAC raccomanda la dizione "concentrazione di

            sostanza").  Quando non ci sia il rischio di confusioni o ambiguità, la parola "concentrazione" può essere usata             senza aggettivi specificativi. Il simbolo [B] è spesso usato per indicare la concentrazione molare delle entità B. 

            Questa unità di misura è talvolta chiamata molarità. P.es. una soluzione con concentrazione pari a 1 mol dm-3 è             spesso chiamata "soluzione 1 molare", e scritta come "soluzione 1 M". In questo modo "M" viene trattato come             il simbolo di "mol dm-3". [Usare quindi lo stesso nome e lo stesso simbolo per la grandezza "concentrazione" e             per la sua unità di misura "mol dm-3" è un'ambiguità ed è considerato errore anche nei vecchi sistemi di unità     di misura deve essere quindi evitato].

(16)     Nella definizione mB indica la molalità del soluto B, e mA la massa del solvente A. In questo modo il simbolo m

            viene usato con due differenti significati; questa confusione di notazione può essere eliminata usando il simbolo             b per indicare la molalità.

(17)     Il coefficiente stechiometrico viene definito attraverso l'equazione di reazione: è negativo per i reagenti ed è  

            positivo per i prodotti. 

            I valori per i coefficienti stechiometrici dipendono da come viene scritta l'equazione di reazione.
            Esempio(1)     (1/2) N2 + (3/2) H2  =  NH3      n1(N2)  =  -1/2  n2(N2)  =  -1

                                                                                              n1(H2)  =  -3/2  n2(N2)  =  -3

                                   (2)       N2 + 3 H2  =  2 NH3                 n1(NH3)  =  +1 n2(N2)  =  +2

 

            Un modo simbolico per scrivere il bilancio di materia in una generica equazione chimica è:

                                               0  =  S nj Bj

            dove Bj un'entità nella reazione [elemento o carica elettrica].

            Per sistemi multireazione è conveniente scrivere le equazioni chimiche sotto forma di matrice:   An  =  0

            dove A è la matrice di conservazione (o delle formule)  con gli elementi Ai,j che rappresentano il numero di      atomi dell'i-esimo elemento nella j-esima entità di reazione (molecola o altro), scritta nella k-esima reazione.

            Quando ci sono Ns specie chimiche e Ne elementi nel sistema, A diventa una matrice Ns ´ Ne. 

 

 


IUPAC                        Grandezze, unità di misura, e simboli in Chimica                                                          pag. 43

 

avanzamento di una reazione,

x

nB  =  nB,0 + nBx 

mol

2,  18

grado di reazione

[grado di avanzamento della reazione]

a

a  =  Dn(B)/n0(B)

1

19

 

NOTE

(18)  I)  nB,0 è la quantità di B quando x  =  0

       II)  Una definizione più generale è:            x  =  DnB/nB.

     III)   L'avanzamento della reazione dipende anche da come la reazione è scritta [dipende dai coefficienti

             stechiometrici] ma è indipendente da quale delle specie chimiche viene usata nella definizione.

Esempio          Per la reazione nella nota (17), quando x  =  2 , abbiamo:

            Dn(N2)  =  -1 mol        x  =  Dn(N2)/n(N2)  =  -2 mol(N2)/ -1  =  2     

            Dn(H2)  =  -3 mol         x  =  Dn(H2)/n(H2)  =  -6 mol(H2)/ -3  =  2      

            Dn(NH3)  =  +2 mol     x  =  Dn(NH3)/n(NH3)  =  -4 mol(NH3)/ -2  =  2        

Questa grandezza fu originariamente introdotta da de Donder come "degré d'avancement".

 

(19)  Parlando di una reazione specifica, si usano termini come "grado di dissociazione"[per una reazione di dissociazione], "grado di ionizzazione", grado di idrolisi"[per le reazioni con acqua (A/B p.es. ma non solo], etc.

 

 

ALTRI SIMBOLI E CONVENZIONI IN CHIMICA     pag. 43

 

(i)        Simboli per particelle e reazioni nucleari

 

neutrone

n

elione

h

protone

p

particella alfa

a

deuterone

d

elettrone

e

tritone

t

fotone

g

muone positivo

m+

muone negativo

m-

 

La carica elettrica delle particelle può essere indicata aggiungendo ad apice "+", "-" o "0": p.es.: p+, n0, e-, etc.

Se i simboli p ed e vengono usati senza indicazione della carica, essi si riferiscono rispettivamente al protone positivo e all'elettrone negativo.

            Il significato dell'espressione simbolica che indica una reazione nucleare dovrebbe essere come segue:

                                                 æ particelle aggiunte     ö

                        nuclide di          ç o fotoni                    ÷          nuclide

                        partenza            è                                 ø          di arrivo

 

Esempi                        14N(a,p)17O,                             59Co(n,g)60Co,

                        23Na(g,3n)20Na,                         31P(g,pn)29Si

 

(ii)       Simboli chimici per gli elementi

 

I simboli chimici degli elementi sono derivati (nella maggior parte dei casi) dai loro nomi latini e sono formati da una o due lettere che devono essere sempre scritte in carattere romano (diritto). Solo per gli elementi col numero atomico maggiore di 103, i simboli sistematici sono formati da tre lettere (vedi nota U a piè di pagina sotto la tabella 6.2). Una lista completa si trova a nella tabella 6.2 a pag. 94. Il simbolo non deve essere seguito da un punto, a meno che sia al termine di una frase.

 

Esempi          I,  U,  Pa,  C


 

I simboli possono avere diversi significati:

(a) Possono indicare l'atomo di un elemento.

Per esempio, Cl può indicare un atomo di cloro che ha 17 protoni e 18 o 20 neutroni (che danno numeri di massa di 35 e di 37), ignorando le differenze di massa dei nucleoni, in questo caso. La massa media in campioni terrestri è 35,4527.

(b)  Il simbolo può, come una specie di abbreviazione, indicare un campione dell'elemento.

Per esempio, Fe può indicare un campione di ferro, e He può indicare un campione di elio.

 

IUPAC                        Grandezze, unità di misura, e simboli in Chimica                                  pag. 44

 

Il termine nuclide implica un atomo col numero atomico (numero dei protoni) e il numero di massa (numero dei nucleoni) specificati. Nuclidi con lo stesso numero atomico ma numero di massa diverso sono chiamati nuclidi isotopi o isotopi. Nuclidi con lo stesso numero di massa ma numero atomico diverso sono chiamati nuclidi isobari o isobari.

 

Un nuclide può essere specificato attaccando il numero di massa come apice a sinistra del simbolo dell'elemento. Il numero atomico può inoltre essere attaccato come pedice sinistro, se desiderato, sebbene questo avvenga raramente. Se non viene scritto alcun apice sinistro, il simbolo viene utilizzato per indicare la miscela di isotopi presente in natura.

 

Esempi            14N,   12C,   13C,  16O,   n(Cl) = n(35Cl) + n(37Cl)

 

 

Il numero della carica ionica viene scritto ad esponente, o col solo segno quando la carica è uguale all' unità.

 

Esempi                           Na+               uno ione positivo (catione) di sodio

                        79Br-                  uno ione negativo di bromo-79 (anione, ione bromuro)

                        Al3+ o Al+3         uno ione di alluminio con tre cariche positive

                        3 S2- o 3 S-2      tre ioni zolfo con due cariche negative (ioni solfuro)

 

La posizione ad esponente (apice destro) può essere usata per portare altre informazioni: stati elettronici eccitati possono essere rappresentati con un asterisco

 

Esempi            H*,  Cl*

 

I numeri di ossidazione sono rappresentati con numeri romani positivi o negativi, o con uno zero (vedi anche il paragrafo iv più oltre)

 

Esempi            MnVII, O-II, Ni0

 

Le posizioni e i significati degli indici attorno al simbolo dell' elemento sono riassunte come segue:

 

            apice sinistro    numero di massa

            pedice sinistro  numero atomico

            apice destro     numero di carica, numero di ossidazione, simbolo di eccitazione

            pedice destro   numero di atomi per particella (vedi iii qui sotto)

 

 

(iii)          Formule chimiche

Le formule chimiche rappresentano entità composte da più di un atomo (molecole, ioni complessi, gruppi di atomi, etc.)

Esempi                 N2, P4, C6H6, CaSO4, PtCl42-, Fe0,91S

 

Possono anche essere utilizzate come un modo veloce per indicare un campione della sostanza chimica corrispondente.

Esempi       CH3OH  metanolo

                   r(H2SO4)  densità massica dell'acido solforico

 


Il numero degli atomi in una entità viene indicato con un pedice destro (il numero "1" viene omesso).

Gruppi di atomi in una entità possono essere racchiusi tra parentesi. Le entità possono essere specificate dando la formula corrispondente, spesso moltiplicata per un fattore. I numeri che indicano le cariche degli ioni complessi, e i simboli di stato eccitato, vengono aggiunti come apici destri all'intera formula. La natura di radicale libero di alcune entità può essere evidenziata aggiungendo un punto al simbolo.

 

IUPAC                        Grandezze, unità di misura, e simboli in Chimica                                  pag. 45

 

Esempi       H2O            una molecola di acqua, acqua

                   1/2 O2          mezza molecola di [di]ossigeno

                   Zn3(PO4)2          una unità formula di fosfato di zinco, fosfato di zinco

                   2 MgSO4     due unità formula di solfato di magnesio

                   1/5 KMnO4           un quinto di una unità formula di permanganato di potassio

                   1/2 SO42-       mezzo ione solfato

                   (CH3)·                      un metile, radicale libero

                   CH3-·CH-CH3       il radicale isopropile

                   NO2*           una molecola di diossido di azoto eccitata elettronicamente

 

Negli esempi precedenti, 1/2 O2,  1/5 KMnO4,  1/2 SO42-sono artificiali nel senso che tali frazioni di molecola non possono esistere. Però, è spesso conveniente specificare entità in questo modo quando si calcolano le quantità di sostanza; vedi par. (v), più avanti.

Determinati stati elettronici delle entità atomi, molecole, ioni) possono essere indicati mettendo il simbolo del termine elettronico fra parentesi (vedi sezione 2.6). Stati vibrazionali e rotazionali possono essere specificati dando i corrispondenti numeri quantici.

Esempi            Hg(3P1)             un atomo di mercurio nello stato di tripletto P1

                        HF(n = 2, J = 6)         una molecola di fluoruro di idrogeno nello stato vibrazionale n = 2 e nello                                                                               stato rotazionale J = 6

                        H2O+(2A1)                     una molecola-ione di acqua nello stato di doppietto A1

 

Le formule chimiche possono essere scritte in diversi modi, secondo le informazioni che portano, come segue:

 

Formula:

informazione portata

Esempio per l'acido lattico

empirica, bruta

solo i rapporti stechiometrici

CH2O

molecolare

in accordo con la massa molecolare

C3H6O3

di struttura

disposizione strutturale degli atomi

[a gruppi funzionali]

CH3 CHOH COOH

distesa

proiezione [sul piano] di atomi e legami

stereochimica

struttura stereochimica

 

Ulteriori convenzioni per scrivere le formule sono descritte nei par. [22, 23]

 

(iv)      Equazioni per le reazioni chimiche

I simboli che collegano i reagenti e i prodotti in una reazione chimica hanno i seguenti significati:

            H2 + Br2  =  2 HBr                   relazione stechiometrica

            H2 + Br2    2 HBr                 reazione quantitativa

            H2 + Br2    2 HBr     reazione bidirezionale

            H2 + Br2    2 HBr                  equilibrio
IUPAC                        Grandezze, unità di misura, e simboli in Chimica                                  pag. 46

 

La freccia singola è usata anche per indicare una reazione elementare, come    H. + Br2    HBr + Br.

Deve però essere reso chiaro che è questo il significato previsto.

Le equazioni delle semireazioni redox sono spesso scritte in modo che il valore assoluto del coefficiente stechiometrico degli elettroni trasferiti sia unitario. Nelle equazioni redox complete gli elettroni sono normalmente omessi.

Esempio                      (1/5) KMnVIIO4 + (8/5) HCl  =  (1/5) MnIICl2 + (1/2) Cl2 + (1/5) KCl + (4/5) H2O 

 

In modo simile una reazione in una cella elettrochimica può essere scrita in modo che il valore assoluto del coefficiente stechiometrico degli elettroni trasferiti sia unitario. Nelle equazioni redox complete gli elettroni sono normalmente omessi.

Esempio                      (1/3) In0(s) + (1/2) HgI2SO4(s)  =  (1/6) InIII2(SO4)3 (aq) +  Hg0(l)

(i simboli fra parentesi rappresentano lo stato; vedi (vi) più avanti)

 

(v)       La quantità di sostanza e la specificazione delle entità

 

La grandezza "quantità di sostanza" o "quantità chimica" (Stoffmenge in tedesco) è stata usata dai chimici  per lungo tempo senza un nome proprio. Era semplicemente chiamata "numero di moli". Questo uso dovrebbe essere abbandonato, perchè è errato confondere il nome di una grandezza fisica col nome di una unità di misura

(in modo analogo è errato usare "numero di metri" come sinonimo di "lunghezza"). [In Italia sono però erroneamente diffusi anche termini come "chilometraggio", "tonnellaggio", etc.]

La quantità di sostanza è proporzionale al numero delle entità elementari della sostanza specificata [pura o miscela definita]; il fattore di proporzionalità è lo stesso per tutte le sostanze ed è l'inverso della costante di Avogadro [NA = 6,022 1023 mol-1 ].

 

Le entità elementari possono essere scelte secondo convenienza, senza la necessità di riferirsi a particelle fisicamente esistenti come individui nella realtà. Dato che la quantità di sostanza e che tutte le grandezze  derivate da essa dipendono da questa scelta, è essenziale indicare le entità per evitare ambiguità.

Esempi            nCl, n(Cl)                      quantità di Cl, quantità degli atomi di Cl

                        n(Cl2)                           quantità di Cl2, quantità delle molecole di Cl2

                                               n(H2SO4)                     quantità di H2SO4 (delle entità H2SO4)

                                               n(1/5 KMnO4)             quantità di 1/5 KMnO4 (delle entità 1/5 KMnO4)  [usata per normalizzare gli
                                                           elettroni scambiati: 1/5 KMnO4 scambia 1 e- con un riducente in soluzione acida]

                        M(P4)                           massa molare di P4 (tetrafosforo)

                        cHCl, c(HCl), [HCl]        concentrazione molare di HCl

                        L(MgSO4)                   conduttività molare di MgSO4 (entità solfato di magnesio)

                        L(1/2 MgSO4) conduttività molare di 1/2 MgSO4  [usata per normalizzare le cariche elettriche
                                                           in conduttimetria: 1/2 MgSO4 trasporta una carica elettrica positiva]

                        n(1/5 KMnO4)  =  5 n(KMnO4)

                        l(1/2 Mg2+)  =  1/2 l(Mg2+)

                        1/2 [H2SO4]  =  2 [H2SO4]

(Altri esempi sono nella sezione 3.2, pag. 70)

É da notare che "quantità di zolfo" è una frase ambigua, perchè potebbe significare n(S), n(S2), n(S8), etc.

In alcuni casi frasi simili sono meno ambigue [perchè non ci sono elementi allotropi o molecole isomere] nei casi in cui l'entità implicata è una molecola o una formula comune, e per i solidi metallici dove l'entità elementare è l'atomo.

Esempi            "due moli di acqua" indica  n = 2 mol(H2O);

                        "mezza mole di cloruro di sodio" indica  n = 0,5 mol(NaCl);

                        "tre millimoli di ferro" indica  n = 3 mmol(Fe).

Affermazioni del genere devono però essere evitate quando possono dar luogo ad ambiguità.

Però, nell'equazione p V  =  n R T e nelle equazioni  che coinvolgono proprietà colligative, l'entità implicata nella definizione di n dovrebbe essere una particella che si muove singolarmente (l'intera molecola di un gas) e la cui natura non è significativa.

 


IUPAC                        Grandezze, unità di misura, e simboli in Chimica                                  pag. 47

 

(vi)      Stati di aggregazione [vedi anche pag. 51]

 

I seguenti simboli (una, due o tre lettere) sono usati per rappresentare gli stati di aggregazione delle specie chimiche [1.j]. Le lettere sono aggiute alla formula tra parentesi e dovrebbero essere stampate con carattere dritto (Roman) senza essere terminate da un punto.

 

                        g          gas o vapore                            vit        sostanza vetrosa

                        l           liquido                                    a, ads   specie adsorbita su un substrato

                        s          solido                                      mon     forma monomera

                        cd        fase condensata                       pol       forma polimera

                                   (solida o liquida)                      sln        soluzione

                        fl          fase fluida                                aq        soluzione acquosa

                        cr         cristallino                                 aq,    soluzione acquosa a diluizione infinita

                        lc         cristallo liquido                         am       solido amorfo

 

Esempi            HCl(g) cloruro di idrogeno nello stato gassoso

                        CV(fl)                capacità termica di un fluido a volume costante

                        Vm(lc)               volume molare di un cristallo liquido

                        U(cr)               energia interna di un solido cristallino

                        MnO2(am)        diossido di manganese come solido amorfo

                        MnO2(cr,I)       diossido di manganese come cristallo nella forma I

                        NaOH(aq)       soluzione acquosa di idrossido di sodio

                        NaOH(aq, )  soluzione acquosa di idrossido di sodio, a diluizione infinita

                        DfH°(H2O,l)      entalpia standard di formazione di acqua liquida

 

I simboli g, l, etc. usati per indicare le fasi gassosa, liquida, etc. sono a volte usati come apici destri e le lettere greche a,b, ... possono essere usate per indicare la fase a, la fase b, in notazione generale.

 

Esempi            Vml        Vms       volume molare della fase liquida, solida

            Sma        Smb        entropia molare delle fasi a o b