Unità di misura della quantità di materia (o di sostanza) nel
sistema internazionale (SI), del quale costituisce una delle unità
fondamentali. Una
m. di una sostanza è la quantità di tale
sostanza pura contenente tante particelle, o unità chimiche, quanti sono
gli atomi in 12 g dell'isotopo più leggero del carbonio,
12C;
tale numero è uguale al numero di Avogadro N
0, pari a 6,0226 x
10
23. Le particelle, o unità chimiche, a cui si riferisce
possono essere di diversa natura: atomi, ioni, molecole, radicali, ecc., e vanno
di volta in volta specificate; il simbolo della
m. è
mol.
Una
m. di atomi di un dato elemento coincide con un suo
grammoatomo, cioè la quantità in grammi di un elemento pari
al numero che indica la sua massa atomica espressa in
amu (unità
di massa atomica, definita assumendo massa 12,0000 per l'isotopo 12 del
carbonio); analogamente, una
m. di molecole di una data specie chimica
coincide con una sua
grammomolecola, cioè la quantità in
grammi di un elemento o di un composto pari alla sua massa molecolare. Si
tratta, quindi, di una unità di peso variabile secondo la sostanza che si
considera: una
m. di idrogeno, che ha peso molecolare 2,016,
peserà 2,016 grammi, una
m. di acqua, che ha peso molecolare
18,015, peserà 18,015 grammi, e così via. In apparenza tale
unità di misura è, quindi, assai scomoda, dato che la
quantità di sostanza cui si riferisce dipende dalla natura della sostanza
stessa; tuttavia, poiché una
m. di una sostanza qualsiasi contiene
per definizione sempre lo stesso numero di particelle chimiche, pari al numero
di Avogadro, tale unità si rivela particolarmente utile in numerosi
bilanci chimici. Consideriamo, come esempio, la reazione di neutralizzazione fra
acido cloridrico e soda caustica, per dare cloruro di sodio e
acqua:
NaOH + HCl → NaCl + H
2O
Questa
scrittura potrebbe significare che una molecola di NaOH reagisce con una
molecola di HCl per dare una molecola di NaCl e una molecola di H
2O.
Dato che si tratta di una uguaglianza, è possibile moltiplicare tutti i
termini per una costante, ad esempio il numero di Avogadro, senza inficiarne la
validità; si dirà allora che una
m. di NaOH reagisce con
una
m. di HCl per dare una
m. di NaCl e una
m. di acqua.
Tenendo conto dei pesi molecolari delle singole sostanze potremo scrivere
che:
NaOH + HCl → NaCl + H
2O
(40,0 g) (36,46 g)
(58,44 g) (18,02 g)
Si vede che per neutralizzare 1 g di acido
cloridrico ne occorrono circa 1,1 di soda caustica e, sempre per ogni grammo di
HCl consumato, si formano circa 1,6 g di NaCl e 0,5 g di acqua. Da questi
risultati conseguono utili considerazioni, con delle semplici proporzioni: ad
esempio, si può ricavare quanto acido e quanta base sono necessari per
produrre 1 kg di cloruro di sodio, oppure quanto se ne produce con 1 kg di acido
cloridrico, e così via. I valori precedentemente ottenuti sono molto
importanti, perché esprimono la resa della reazione, supponendo che essa
avvenga al 100% e senza perdite. Nel caso di soluzioni, è molto utile
usare unità di misura come le
m./litro (abbreviato: M/l),
cioè le
m. di soluto presenti in 1 l di soluzione, o addirittura
utilizzare la
frazione molare di una sostanza, cioè il rapporto
fra il numero di
m. di tale sostanza presenti in 1 l di soluzione e il
numero totale di
m. di tutte le sostanze presenti nella stessa
quantità di soluzione. Sottomultipli della
m. sono la
millimole (mM), pari a 10
-3 m. e la
micromole
(μM), pari a 10
-6 m. Multiplo della
m. è la
chilomole (
kmole o kM), pari a 1.000
m.