Quantità di sostanza

La quantità di sostanza, detta quantità chimica nell'ambito dell'omonima materia (o amount of substance secondo il Sistema Internazionale e l'ISO) ha simbolo n e in un sistema chimico o fisico è una grandezza base (o fondamentale) che indica un insieme di entità elementari ed il suo valore è proporzionale al numero di entità contenute nel sistema. Le entità possono essere: atomi, molecole, ioni, radicali o altro (si veda lista delle particelle) e vanno specificate ogni volta, a sostituire la parola "sostanza" (ad esempio: quantità chimica di molecole di H₂O, quantità chimica di protoni ionizzabili, quantità chimica di solfato, quantità chimica di ioni calcio).

Descrizione

Si deve prestare attenzione a non confondere la quantità di sostanza, che è una grandezza chimico-fisica, con il numero di particelle (che non lo è). La quantità di sostanza è un modo di esprimere la quantità di materia "interessato" a far coincidere i diversi valori delle masse equivalenti che intervengono in particolare nelle trasformazioni chimiche, o in qualsiasi fenomeno in cui sono interessati gruppi numerici di particelle. Tale grandezza, pur essendo proporzionale al numero di particelle non coincide con esso, ed è definita comunque in modo da prescindere dalla natura microscopica della materia e in modo da rimanere in un contesto puramente macroscopico e chimico. Per esempio una mole di diossigeno è la quantità massima di diossigeno capace di combinarsi con 0,012 kg di carbonio 12.

L'unità di misura nel SI della quantità di sostanza è la mole (simbolo mol), che è anche la settima unità base del sistema. L'unità della mole è definita come la quantità di sostanza che contiene tante entità elementari quanti sono gli atomi presenti in 0,012 kg esatti di carbonio 12. Esistono anche altre unità, come quelle adottate nel Sistema tecnico del normalmetrocubo e standardmetrocubo.

Poiché le sostanze chimiche sono formate da entità discrete (molecole, radicali, ioni), oppure da specie in rapporti stechiometrici usualmente semplici (sali, composti ionici), che si combinano tra di loro singolarmente, l'utilizzo della quantità di sostanza come misura quantitativa semplifica la descrizione delle proporzioni dei reagenti che intervengono nelle reazioni chimiche e dei prodotti ottenuti in esse.

Per esempio in stechiometria la reazione:

$2C+O_{2}\rightarrow 2CO$

espressa utilizzando le masse molari è: "2×12,011 kg di C si combinano con 2×15,999 kg di O per generare 2×28,010 kg di CO". Usando la quantità delle sostanze, la frase stechiometrica diviene più semplicemente, nel caso in esame:

2 mol_C + 1 mol_O2 → 2 mol_CO

ovvero il monossido di carbonio si genera da un'identica quantità di carbonio quando questo si combina con una quantità di diossigeno pari alla metà.

La quantità di sostanza non deve essere confusa con la quantità di materia, la quale non è una grandezza definita, potendosi esprimere specificamente come massa (m), volume (V), quantità di sostanza (n) o, semplicemente, numero di entità (N). Va anche osservato che nel SI quantità (quantity) è sinonimo di grandezza (base o derivata).

Collegamenti esterni

• (EN) IUPAC Gold Book, "amount of substance", su goldbook.iupac.org.
• (EN) Il SI di unità di misura, Pubblicazione Speciale 330, NIST 2008 (PDF), su physics.nist.gov.
• (EN) Guida per l'uso del SI di unità di misura, Pubblicazione Speciale 811, NIST 2008 (PDF), su physics.nist.gov.