Massa molecolare

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La massa molecolare di un composto chimico (detta anche peso molecolare) è la massa di una singola molecola di tale composto, espressa in unità di massa atomica (o UMA o dalton). La massa molecolare può essere calcolata come la somma delle masse atomiche di tutti gli atomi costituenti la molecola.

Per esempio, note le masse atomiche di idrogeno (1,00794 u) e ossigeno (15,9994 u) la massa molecolare dell'acqua (H2O) si calcola come segue:

(2 × 1,00794 u) + 15,9994 u = 18,01528 u

Le masse delle molecole ricadono in un intervallo di valori molto ampio: si va dalla più leggera H2 (2,0158 u) a centinaia di migliaia di u per le macromolecole, quali per esempio i polimeri sintetici o le proteine e gli acidi nucleici. Per dare un'idea della massa di una piccola molecola, qual è per esempio quella dell'acqua, si tenga conto che 1 u = 1,66054 × 10-27  kg, quindi in un grammo d'acqua ci sono circa 3,34 × 1022  molecole.

Per i composti chimici non molecolari e in particolare per i composti ionici e gli zwitterioni, non si può propriamente parlare di massa molecolare; si parla invece di peso formula riferendosi alla somma delle masse atomiche degli atomi che costituiscono la formula minima. Per esempio la formula minima del solfato di sodio è Na2SO4 quindi il suo peso formula è:

2 × 22,98977 u + 32,06 + 4 × 15,9994 u = 142,04 u

Una quantità in grammi di un dato composto pari al suo peso molecolare (o al suo peso formula) contiene 6,022 × 1023  (il numero di Avogadro) molecole di sostanza e nel SI viene definita mole.

Tipi di massa molecolare[modifica | modifica sorgente]

A seconda dello scopo per il quale si calcolano o misurano masse molecolari, si possono ottenere diversi valori, in base a come si considerano gli isotopi, atomi dello stesso elemento che hanno masse diverse. Tre modi differenti di calcolare masse molecolari sono:

La massa calcolata è la massa esatta, quella misurata (che sarà leggermente differente da quella calcolata) massa accurata.

Massa molecolare e massa molare[modifica | modifica sorgente]

Il concetto di massa molecolare è spesso confuso con quello di massa molare.

La massa molecolare si riferisce a una sola molecola, mentre la massa molare si riferisce a una mole (cioè a un numero di Avogadro di molecole) di una determinata sostanza chimica.

La confusione tra i due termini deriva dal fatto che, dal punto di vista numerico, il valore della massa molecolare è uguale al valore della massa molare nel caso di una sostanza pura.

Le due grandezze vengono però misurate con unità di misura differenti. Infatti la massa molare è misurata in g/mol, mentre quella molecolare in u.

Massa molare media[modifica | modifica sorgente]

In alcuni casi, un materiale può essere costituito da molecole avente la stessa natura chimica ma massa molare differente. Un esempio in tal senso sono le materie plastiche, le quali sono costituite da macromolecole di differente massa molare.

In questi casi, siccome non è possibile individuare una massa molare unica, si fa uso di grandezze mediate, tra cui:[1]

  • Massa molare media numerica (o peso molecolare medio numerico):  M_n = \frac{\sum n_i M_i}{\sum n_i}
  • Massa molare media ponderale (o peso molecolare medio ponderale):  M_w = \frac{\sum w_i M_i}{\sum w_i} = \frac{\sum n_i M_i^2}{\sum n_i M_i}
  • Massa molare media zeta (o peso molecolare medio zeta):  M_z = \frac{\sum n_i M_i^3}{\sum n_i M_i^2}
  • Massa molare media viscosimetrica (o peso molecolare medio viscosimetrico): M_v=\left[\frac{\sum n_iM_i^{(1+a)} } {\sum n_iM_i }\right]^\frac{1}{a}

dove:

Si ha:

Mn < Mv < Mw < Mz

Il rapporto tra la massa molare media ponderale e la massa molare media numerica è detto "indice di polidispersione" ed è una misura della dispersione delle masse molari.

La massa molare media di un materiale polimerico aumenta all'aumentare del tempo durante il quale è svolta la reazione chimica di polimerizzazione (che consiste appunto nell'allungamento delle catene polimeriche), mentre l'indice di polidispersione dipende anzitutto dal meccanismo di reazione: nel caso di polimerizzazione a catena (che in genere è attivata termicamente) si ha un indice di polidispersione più elevato, mentre nel caso di polimerizzazione a stadi (che in genere è attivata attraverso l'impiego di catalizzatori) si ha un indice di polidispersione più basso.

Massa molecolare e relatività speciale[modifica | modifica sorgente]

A voler esser rigorosi, la massa molecolare non è esattamente uguale alla somma delle masse atomiche degli atomi presenti nella molecola. L'applicazione della teoria della relatività porterebbe a una piccola correzione pari a -E_{legame}/c^2, dove E_{legame} è l'energia di legame della molecola e c è la velocità della luce. Tuttavia tale correzione è di entità trascurabile. Per esempio, l'energia di legame di una singola molecola d'acqua è circa 1,539 × 10-18  J, quindi la correzione sarebbe dell'ordine di 10-5 u, pari ad appena lo 0.00006%.

Note[modifica | modifica sorgente]

  1. ^ R.J. Young and P.A. Lovell, Introduction to Polymers, 1991.

Voci correlate[modifica | modifica sorgente]

Collegamenti esterni[modifica | modifica sorgente]