Esercizi: Massa atomica e massa molecolare

Che cos'è la massa atomica di un elemento e in quale unità si misura? Cerca nella tavola periodica la massa atomica del carbonio e quella dell'ossigeno, e dì quale dei due atomi pesa di più.

Queste sono le masse atomiche di quattro elementi: $\text{H} = 1\ \text{u}$, $\text{C} = 12\ \text{u}$, $\text{N} = 14\ \text{u}$ e $\text{O} = 16\ \text{u}$.

1. a) Quante volte pesa di più un atomo di carbonio rispetto a uno di idrogeno?
2. b) E uno di azoto rispetto a uno di idrogeno?

L'ossigeno che respiriamo viaggia nell'aria formando molecole di $\text{O}_2$. Se la massa atomica dell'ossigeno è $16\ \text{u}$, calcola la massa molecolare di $\text{O}_2$.

La figura mostra il modello di una molecola d'acqua.

Calcola la massa molecolare dell'acqua, $\text{H}_2\text{O}$ (masse atomiche: $\text{H} = 1\ \text{u}$; $\text{O} = 16\ \text{u}$).

Il gas che forma le bollicine delle bibite gassate è l'anidride carbonica, $\text{CO}_2$. La figura mostra la sua molecola.

Calcola la sua massa molecolare (masse atomiche: $\text{C} = 12\ \text{u}$; $\text{O} = 16\ \text{u}$).

Il sale che mettiamo nel cibo è $\text{NaCl}$. Calcola la sua massa molecolare (masse atomiche: $\text{Na} = 23\ \text{u}$; $\text{Cl} = 35,5\ \text{u}$).

Il gas azoto, $\text{N}_2$, si usa per riempire i sacchetti di patatine e mantenerle croccanti. Calcola la sua massa molecolare (massa atomica: $\text{N} = 14\ \text{u}$).

Spiega con parole tue la differenza tra massa atomica e massa molecolare, e fai un esempio per ciascuna.

Le conchiglie dei molluschi e il gesso della scuola sono fatti di carbonato di calcio, $\text{CaCO}_3$. La figura mostra gli atomi che lo formano.

Calcola la sua massa molecolare (masse atomiche: $\text{Ca} = 40\ \text{u}$; $\text{C} = 12\ \text{u}$; $\text{O} = 16\ \text{u}$).

Il glucosio, $\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6$, è lo zucchero che usano i tuoi muscoli quando fai sport. Calcola la sua massa molecolare (masse atomiche: $\text{H} = 1\ \text{u}$; $\text{C} = 12\ \text{u}$; $\text{O} = 16\ \text{u}$).

L'acido solforico, $\text{H}_2\text{SO}_4$, si usa nelle batterie delle auto. Calcola la sua massa molecolare (masse atomiche: $\text{H} = 1\ \text{u}$; $\text{S} = 32\ \text{u}$; $\text{O} = 16\ \text{u}$).

Il gas naturale delle cucine è metano, $\text{CH}_4$, e l'ammoniaca di alcuni prodotti per la pulizia è $\text{NH}_3$. La figura mostra le loro molecole.

1. a) Calcola la massa molecolare di ciascuna.
2. b) Quale delle due molecole pesa di più?

(Masse atomiche: $\text{H} = 1\ \text{u}$; $\text{C} = 12\ \text{u}$; $\text{N} = 14\ \text{u}$.)

La massa molecolare di $\text{CO}_2$ è $44\ \text{u}$ e la massa atomica dell'ossigeno è $16\ \text{u}$. Osserva il modello della figura.

Senza guardare la tavola periodica, deduci qual è la massa atomica del carbonio e spiega come hai fatto.

La calce spenta, usata in edilizia e negli orti, ha formula $\text{Ca(OH)}_2$. La figura mostra la sua struttura.

Calcola la sua massa molecolare con attenzione: il pedice $2$ fuori dalla parentesi moltiplica tutto ciò che c'è dentro (masse atomiche: $\text{Ca} = 40\ \text{u}$; $\text{O} = 16\ \text{u}$; $\text{H} = 1\ \text{u}$).

Una molecola di ossigeno, $\text{O}_2$, pesa $32\ \text{u}$ e una di azoto, $\text{N}_2$, pesa $28\ \text{u}$. Una molecola di idrogeno, $\text{H}_2$, pesa solo $2\ \text{u}$.

1. a) Quante molecole di idrogeno servono, insieme, per pesare quanto una molecola di ossigeno?
2. b) E per pesare quanto una di azoto?

Ordina queste molecole dalla massa molecolare minore alla maggiore, calcolando prima la massa di ciascuna: $\text{SO}_2$, $\text{O}_2$, $\text{CO}_2$ e $\text{CH}_4$ (masse atomiche: $\text{H} = 1\ \text{u}$; $\text{C} = 12\ \text{u}$; $\text{O} = 16\ \text{u}$; $\text{S} = 32\ \text{u}$).

La massa molecolare del carbonato di calcio, $\text{CaCO}_3$, è $100\ \text{u}$. La barra della figura mostra come si ripartisce questa massa.

1. a) Calcola quale percentuale della massa corrisponde al calcio ($40\ \text{u}$).
2. b) Fai lo stesso per il carbonio ($12\ \text{u}$) e per l'ossigeno (tre atomi di $16\ \text{u}$ in totale).
3. c) Verifica che le tre percentuali sommano $100\ \%$.

L'anidride solforosa, $\text{SO}_2$, viene emessa dai vulcani e si usa anche come conservante nella frutta secca.

1. a) Calcola la sua massa molecolare ($\text{S} = 32\ \text{u}$; $\text{O} = 16\ \text{u}$).
2. b) Quale percentuale della massa della molecola è zolfo? E ossigeno?
3. c) Spiega perché le due percentuali devono sommare esattamente $100\ \%$.

La massa atomica del cloro che compare nella tavola è $35,5\ \text{u}$, ma nessun atomo di cloro pesa esattamente così: alcuni atomi di cloro pesano $35\ \text{u}$ e altri pesano $37\ \text{u}$ (sono i cosiddetti isotopi). La figura rappresenta i due tipi di atomi.

1. a) Spiega con parole tue come è possibile che la massa atomica della tavola sia $35,5\ \text{u}$.
2. b) Ragiona su quale dei due tipi di atomi di cloro sarà più abbondante in natura.

Un sale formato da un metallo e cloro ha formula $\text{XCl}_2$ e massa molecolare $111\ \text{u}$. La figura mostra il suo modello.

1. a) Sapendo che $\text{Cl} = 35,5\ \text{u}$, calcola la massa atomica dell'elemento $\text{X}$.
2. b) Cercala nella tavola periodica e identifica l'elemento.
3. c) Scrivi il nome completo del sale.

Una molecola di glucosio, $\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6$, ha massa molecolare $180\ \text{u}$.

1. a) Quante molecole d'acqua ($18\ \text{u}$) pesano quanto una molecola di glucosio?
2. b) Quante molecole di idrogeno ($2\ \text{u}$)?
3. c) Fai lo stesso calcolo con l'ossigeno ($32\ \text{u}$). Esce un numero intero? Spiega che cosa significa che non esca esatto.

L'aria è, approssimativamente, per il $80\ \%$ azoto $\text{N}_2$ ($28\ \text{u}$) e per il $20\ \%$ ossigeno $\text{O}_2$ ($32\ \text{u}$). La figura rappresenta un campione d'aria.

1. a) Calcola la massa molecolare media dell'aria. Suggerimento: pondera ogni massa in base alla sua percentuale.
2. b) Una molecola di $\text{CO}_2$ ($44\ \text{u}$) pesa più o meno di una molecola «media» d'aria?
3. c) Usa il risultato per spiegare perché, in una stanza chiusa e senza correnti d'aria in cui si libera $\text{CO}_2$ (per esempio, una cantina in cui fermenta il mosto), questo gas tende ad accumularsi vicino al pavimento.

Confronta senza bilancia, solo con i calcoli:

1. a) Che cosa pesa di più: due molecole d'acqua ($18\ \text{u}$ ciascuna) o una molecola di ossigeno ($32\ \text{u}$)?
2. b) E tre molecole di azoto ($28\ \text{u}$ ciascuna) o due di anidride carbonica ($44\ \text{u}$ ciascuna)?
3. c) Spiega il procedimento che hai seguito per confrontarle.

Due sacchetti chiusi contengono ciascuno $100$ molecole: il primo contiene metano, $\text{CH}_4$, e il secondo anidride solforosa, $\text{SO}_2$ (masse atomiche: $\text{H} = 1\ \text{u}$; $\text{C} = 12\ \text{u}$; $\text{O} = 16\ \text{u}$; $\text{S} = 32\ \text{u}$).

1. a) Calcola la massa molecolare di ciascun gas.
2. b) Quanto pesa, in $\text{u}$, il contenuto di ciascun sacchetto?
3. c) Quante volte pesa di più un sacchetto rispetto all'altro? Giustificalo.