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Peso atomico: cosa è e a cosa serve

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Se sei uno studente di chimica e sei alle prese con lo studio delle proprietà delle sostanze, un concetto fondamentale è quello del peso atomico.

Di seguito cercheremo di affrontare questa tematica, ovvero cosa è il peso atomico e a cosa serve, partendo proprio dalla sua definizione, per poi analizzare come si calcola ed arrivare a degli esempi pratici.

Introduzione alla chimica: materia, sostanza ed atomo

Prima di addentrarci nel cuore di questa breve guida e darti una definizione del peso atomico, vogliamo spiegarti una differenza fondamentale per chi si approccia allo studio della chimica, ovvero la distinzione tra materia e sostanza.

formule chimiche

La materia è tutto ciò di cui possiamo misurare la massa, la sostanza è ciò che costituisce una porzione omogenea della materia.

Cosa intendiamo? Capiamolo con un esempio: prediamo una bottiglia di vetro. 

Quest’ultima è un esempio di materia, perché se viene rotta e si frantuma in tanti pezzi, la bottiglia non sarà più una bottiglia, al contrario del vetro che continuerà a rimanere inalterato mantenendo le sue caratteristiche di densità e trasparenza. Ecco, il vetro può essere definito una sostanza.

Altri esempi di sostanza sono lo zucchero, l’oro, l’aria o il vino.

Le sostanze a loro volta si dividono in elementi, composti o soluzioni.

Gli elementi sono dunque sostanze costituite da atomi aventi tutti lo stesso numero atomico.

Atomo: cos’è e come è composto

La parola atomo ha origine greca átomos e vuol dire indivisibile.

atomo

Ogni giorno con i nostri gesti entriamo in contatto gli atomi, o meglio con oggetti costituiti da atomi. Se indossiamo degli orecchini d’oro ad esempio, siamo in contatto con materiali formati da piccolissime particelle, gli atomi per l’appunto.

Per dare una definizione di atomo, possiamo dire che l’atomo è la parte più piccola di un elemento e che conserva tutte le sue proprietà durante una reazione chimica.

Da cosa è composto un atomo? Ogni atomo è formato da una zona centrale definita nucleo, al cui interno si trovano i protoni (particelle di carica positiva) ed i neutroni (particelle prive di carica). Attorno al nucleo ruotano gli elettroni, particelle di carica negativa.

La distinzione tra gli atomi è data dal numero di protoni, neutroni ed elettroni.

Il numero dei protoni, indicato con la lettera Z, è definito numero atomico ed è uguale al numero degli elettroni, in quanto ogni atomo deve essere elettricamente neutro.

La somma dei protoni e dei neutroni, indicata con la lettera A, è definita numero di massa.

La differenza tra il numero di massa e il numero atomico fornisce il numero di neutroni presenti nel nucleo atomico.

Alcuni atomi di uno stesso elemento vengono definiti isotopi in quanto presentano lo stesso numero atomico Z ma diverso numero di massa A, ovvero hanno lo stesso numero di protoni ma differente numero di neutroni.

Ricapitolando:

  • Z è il numero atomico = numero di protoni
  • A è il numero di massa = numero di protoni + numero di neutroni
  • A – Z (numero di massa – numero atomico) = numero dei neutroni
  • Un atomo è elettricamente neutro quando il numero dei protoni è uguale al numero degli elettroni
  • Gli atomi sono detti isotopi quando hanno lo stesso numero di protoni ma diverso numero di neutroni. 

Concludiamo questa breve introduzione allo studio dell’atomo ricordando un altro importante concetto che gli studenti di chimica devono apprendere, ovvero che cosa è una molecola.

Una molecola è costituita da due o più atomi che entrano in combinazione chimica. Può essere formata da atomi dello stesso elemento o da atomi di due o più elementi diversi tra loto, in questo caso parliamo di composto.

Definizione del peso atomico

Ora che sappiamo che cosa è l’atomo ed abbiamo preso confidenza anche con il concetto di numero atomico e quello di molecola, passiamo al fulcro della nostra guida. Diamo quindi una definizione del peso atomico.

Il peso atomico è il rapporto tra la massa atomica dell’atomo e l’unità di massa atomica. In chimica il peso atomico si indica con il simbolo PA e viene detto anche massa atomica relativa. In formule si esprime con:

PA = MA / 1 u

Il peso atomico di ogni elemento è riportato su tutte le Tavole periodiche, nella casella corrispondente.

Differenza tra peso atomico e massa atomica

Per capire meglio quanto appena detto, è bene conoscere la differenza tra il peso atomico e la massa atomica.

Entrambi i concetti fanno riferimento alla massa di un atomo. 

La massa atomica è espressa in grammi e chilogrammi, quindi in misure del Sistema Internazionale, mentre il peso atomico è una grandezza espressa tramite un numero adimensionale (ovvero un numero puro, cioè un valore numerico che non richiede un’unità di misura).

Indicata con il simbolo MA, la massa atomica è la massa di un atomo a riposo e quindi nel suo stato fondamentale.

Poiché gli atomi hanno masse comprese tra 10-25 e 10-27  chilogrammi, valori piuttosto scomodi da utilizzare, si preferisce parlare di peso atomico (o massa atomica relativa).

Cosa è l’unità di massa atomica

L’unità di massa atomica che abbiamo visto nella formula di calcolo del peso atomico, viene indicata con u.m.a., ed è un’unità di misura che non appartiene al Sistema Internazionale.

Per convenzione, l’unità di massa atomica corrisponde ad un dodicesimo del peso dell’isotopo 12 del carbonio, ovvero di un atomo di carbonio con 6 protoni e 6 neutroni nel nucleo e 6 elettroni che gli ruotano intorno.

Il carbonio 12 è l’isotopo più abbondante in natura.

Quindi, si parla di massa atomica relativa, o peso atomico, quando si fa riferimento alla massa di un elemento espressa in unità di massa atomica.

Sintetizzando, possiamo dire che il peso atomico di un elemento è:

la massa di un atomo espressa in u.m.a. ed è un numero che indica la massa di questo atomo rapportata alla dodicesima parte della massa dell’isotopo carbonio 12.

1 unità di massa atomica vale 1,67 * 10-24

Come si calcola il peso atomico e come si calcola la massa atomica

Ripartendo dalla formula per calcolare il peso atomico

PA = MA / 1 u

(dove PA è il peso atomico, MA è la massa atomica e 1 u è l’unità di massa atomica)

possiamo comprendere facilmente che la formula per la calcolare la massa atomica è

MA = PA* (1 u)

Quindi:

  • il peso atomico si calcola dividendo la massa atomica (che si esprime in grammi) per l’unità di massa atomica;
  • la massa atomica si calcola moltiplicando il peso atomico per l’unità di massa atomica.

Esempio:

se sappiamo che il peso atomico dell’ossigeno è pari a 16, quale sarà la massa atomica dell’ossigeno?

Utilizzando la formula per trovare la massa atomica, diremo che la massa atomica dell’ossigeno è data dal prodotto tra:

16*[1,67 * 10-24 g]

dove 16 è il PA dell’ossigeno e 1,67 * 10-24 è il valore di 1 unità di massa atomica.

Partendo dalla definizione di peso atomico, possiamo inoltre ottenere facilmente la definizione del peso molecolare. Ricordando che una molecola è costituita da due o più atomi che si legano tra loro in combinazione chimica, il peso molecolare può essere definito come la somma dei pesi atomici dei vari elementi che costituiscono quella precisa molecola.

Utilizziamo anche qui un esempio per comprendere meglio cosa si intende per peso molecolare. Facciamo un esempio semplice e poi uno più complesso.

Calcoliamo il peso molecolare dell’acqua H2O.

Questo si ottiene sommando i pesi atomici dei 3 atomi che la formano, ovvero 2 atomi di H idrogeno e 1 atomo di O ossigeno.

In pratica:

1,008 + 1,008 + 15,9994 = 18,0154 u.m.a.

Calcoliamo ora il peso molecolare del solfato di alluminio Al2(SO4)3.

Questo si ottiene sommando i pesi atomici di 2 atomi di Al (alluminio), 3 atomi di S (zolfo) e 12 atomi di O (ossigeno).

In pratica:

(2*26,981539) + (3*32,066) + (12*15,9994) = 342,153878 u.m.a.

Alcuni esempi di peso atomico e massa atomica

Concludiamo la nostra guida sul peso atomico con alcuni esempi.

Peso atomico e massa atomica dell’azoto N

PA = 14,01 u

MA = 14,01 * [1,67 * 10-24 g]

Peso atomico e massa atomica del calcio Ca

PA = 40,08 u

MA = 40,08 * [1,67 * 10-24 g]

Peso atomico e massa atomica del cloro Cl

PA = 35,5 u

MA = 35,5 * [1,67 * 10-24 g]

Adesso che hai appreso alcuni concetti base della chimica, è il momento di addentrarsi nello studio, approfondire e concentrarsi a fondo sulla materia.

L’esame di chimica ad esempio è molto importante, infatti è previsto in alcuni corsi di laurea dell’Università online Niccolò Cusano.

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