Calcolatore di Rapporti Molari - Calcolatore Stechiometrico Gratuito

Che cos'è un calcolatore del rapporto molare?

Un calcolatore del rapporto molare converte la massa di due o più sostanze chimiche in moli, poi riduce quei valori molari a un rapporto semplificato. Si usa nella stechiometria, il ramo della chimica che si occupa delle quantità di sostanze coinvolte in una reazione.

La mole è un'unità per contare le particelle, un po' come «dozzina» indica 12 unità di qualcosa. Una mole di qualsiasi sostanza contiene esattamente 6,022 140 76 × 10²³ particelle, un numero fissato dalla costante di Avogadro. I chimici lavorano in moli anziché in grammi perché le reazioni chimiche avvengono tra numeri fissi di particelle, non tra pesi fissi.

Formula del rapporto molare

Il calcolatore opera in due fasi.

Passo 1: convertire la massa in moli. Per ogni sostanza:

$\text{moli} = \frac{\text{massa (g)}}{\text{massa molare (g/mol)}}$

La massa molare, detta anche peso molecolare, è la massa di una mole di una sostanza. Si ricava sommando i pesi atomici di tutti gli atomi presenti nella formula chimica.

Passo 2: dividere per il valore molare minore. Dopo aver convertito ogni sostanza in moli, il calcolatore individua il più piccolo di quei valori e divide per esso le moli di ogni sostanza:

$\text{rapporto di una sostanza} = \frac{\text{le sue moli}}{\text{valore molare minimo}}$

In questo modo ogni sostanza ottiene un numero relativo alle altre, e la sostanza presente in quantità minore è sempre uguale a 1.

Passo 3: eliminare le frazioni e semplificare. Se i valori non sono tutti numeri interi, il calcolatore moltiplica tutti i valori per uno stesso piccolo numero intero, provando 1, 2, 3 e così via fino a 12. Si ferma al primo moltiplicatore che rende interi tutti i valori, entro una tolleranza. La tolleranza è 0,01 volte il moltiplicatore, con un massimo di 0,1. Questo è il metodo standard della formula empirica: un rapporto di 1 : 1,5 diventa 2 : 3. I numeri interi vengono poi divisi per il loro massimo comune divisore (MCD) per ottenere la forma più semplice.

Se nessun moltiplicatore fino a 12 funziona, il calcolatore arrotonda i valori che si trovano entro 0,01 da un numero intero e mostra gli altri con due cifre decimali.

Come calcolare un rapporto molare: esempio svolto

Si supponga che un chimico mescoli 36 g di acqua (H₂O, massa molare 18 g/mol) con 58,5 g di sale da cucina (NaCl, massa molare 58,5 g/mol).

1. Moli di H₂O = 36 ÷ 18 = 2 mol
2. Moli di NaCl = 58,5 ÷ 58,5 = 1 mol
3. Il valore minimo è 1 mol (NaCl), quindi il rapporto di H₂O è 2 ÷ 1 = 2, e quello di NaCl è 1 ÷ 1 = 1
4. Entrambi i valori sono già numeri interi, quindi il rapporto molare finale è 2 H₂O : 1 NaCl

Esempio con un risultato frazionario

Non tutti i calcoli terminano con numeri interi al passo 2. Un campione di ossido di ferro contiene 69,94 g di ferro (Fe, 55,845 g/mol) e 30,06 g di ossigeno (O, 15,999 g/mol).

• Moli: Fe = 69,94 ÷ 55,845 = 1,2524 mol, O = 30,06 ÷ 15,999 = 1,8789 mol
• Il valore minimo è 1,2524 mol (Fe), quindi i rapporti sono Fe = 1 e O = 1,8789 ÷ 1,2524 = 1,50
• 1,50 non è un numero intero, quindi il calcolatore prova un moltiplicatore di 2: Fe = 2, O = 3,00

Il rapporto finale è 2 Fe : 3 O, il rapporto presente in Fe₂O₃.

Come usare il calcolatore

1. Inserisci un nome o una formula per ogni sostanza, la sua massa in grammi e la sua massa molare in g/mol.
2. Il calcolatore parte con due righe di sostanze compilate con l'esempio precedente. Usa «Aggiungi sostanza» per altre righe, oppure «Rimuovi» per eliminare una riga (devono restare almeno due righe).
3. Il risultato appare automaticamente quando ogni riga ha un nome, una massa maggiore di zero e una massa molare maggiore di zero. Non c'è alcun pulsante separato da premere.
4. La sezione dei risultati mostra il rapporto semplificato, il valore in moli calcolato per ogni sostanza e un grafico a barre che confronta le quantità in moli.
5. Usa «Copia» per copiare negli appunti il testo del rapporto, per esempio «2 H2O : 1 NaCl».

La massa e la massa molare devono essere entrambe numeri positivi; un campo con zero o vuoto lascia il risultato nascosto finché non viene corretto.

Perché i rapporti molari sono importanti

I rapporti molari derivano dalle equazioni chimiche bilanciate e descrivono quante particelle di ciascuna sostanza partecipano a una reazione. Poiché le reazioni avvengono particella per particella e non grammo per grammo, un rapporto espresso in moli riflette la chimica reale, mentre un rapporto espresso in grammi no.

Gli studenti usano i calcoli del rapporto molare per controllare i compiti di stechiometria e per preparare i reagenti degli esperimenti di laboratorio nelle proporzioni corrette. I chimici della ricerca e dell'industria usano lo stesso calcolo per pianificare quanto serve di ciascun materiale di partenza in una sintesi, per evitare sprechi di reagenti e per confermare il rapporto tra gli ingredienti di una formulazione finita, come un sale farmaceutico o una miscela di fertilizzanti.

Contesto

La legge delle proporzioni definite afferma che un dato composto contiene sempre gli stessi elementi nella stessa proporzione in massa. La teoria atomica di John Dalton lo spiegò proponendo che gli elementi si combinino in piccoli rapporti interi di atomi, la stessa idea che un calcolatore del rapporto molare applica oggi.

Amedeo Avogadro propose che volumi uguali di gas contengano numeri uguali di molecole alla stessa temperatura e pressione, ponendo le basi per il conteggio in moli. La mole fu introdotta nel SI nel 1971. Oggi è definita da un valore fisso della costante di Avogadro.

Domande frequenti

Che cos'è un rapporto molare? Un rapporto molare è la relazione tra il numero di moli di due o più sostanze in una reazione chimica o in una miscela. Indica quante particelle di una sostanza corrispondono a quante particelle di un'altra.

Come si calcola un rapporto molare a partire dalla massa? Si divide la massa di ciascuna sostanza per la sua massa molare per ottenere le moli. Si divide poi ogni valore in moli per il più piccolo. Se un valore è una frazione, come 1,5, si moltiplicano tutti i valori per il più piccolo numero intero che li rende interi, quindi si divide per il loro massimo comune divisore.

Qual è la differenza tra rapporto molare e rapporto di massa? Un rapporto molare confronta le sostanze in base al numero di particelle (moli). Un rapporto di massa le confronta in base al peso (grammi). Le reazioni avvengono tra numeri fissi di particelle, quindi è il rapporto molare, non il rapporto di massa, a corrispondere all'equazione chimica bilanciata.

Perché si converte la massa in moli invece di usare semplicemente i grammi? Le reazioni chimiche combinano numeri fissi di atomi o molecole, non pesi fissi. Convertire la massa in moli trasforma un valore misurabile con una bilancia in un valore che riflette quante particelle sono effettivamente presenti.

Perché il calcolatore a volte mostra un decimale invece di un numero intero? Un decimale compare solo quando nessun moltiplicatore da 1 a 12 rende interi tutti i valori entro la tolleranza. Il calcolatore mostra allora quei valori arrotondati a due cifre decimali, senza forzare un rapporto di numeri interi. Un rapporto di 1 : 1,06, per esempio, resta 1 : 1,06.

Come si ricava la massa molare di un composto? La massa molare è la somma dei pesi atomici di tutti gli atomi della formula, ricavati da una tavola periodica. Per un idrato come CuSO₄·5H₂O, nel totale si includono le molecole d'acqua.

Riferimenti

1. Bureau International des Poids et Mesures. SI base unit: mole. BIPM: la mole — una mole contiene esattamente 6,022 140 76 × 10²³ entità elementari.
2. OpenStax. Chemistry 2e, sezione 3.2 Determining Empirical and Molecular Formulas. OpenStax Chemistry 2e: formule empiriche — si divide ogni quantità molare per la più piccola, poi si moltiplica per un intero fino a ottenere il più piccolo rapporto di numeri interi (Fe₁O₁.₅ × 2 = Fe₂O₃).
3. National Institute of Standards and Technology. Redefining the Mole. NIST: ridefinizione della mole — ipotesi di Avogadro dei volumi uguali; la mole è entrata nel SI nel 1971.