La quantità di sostanza è una grandezza fisica che misura quanti atomi o molecole sono contenute in una determinata massa di una sostanza o composto. E’ una delle sette grandezze fondamentali e la sua unità di misura è la mole (indicata con il simbolo mol).
Una mole corrisponde sempre a 6,02214076 ∙ 1023 entità elementari. Questo significa che una mole di atomi contiene 6,022 ∙ 1023 atomi mentre una mole di molecole contiene 6,022 ∙ 1023 molecole. Una mole ha la massa numericamente uguale al valore della massa atomica o molecolare della sostanza che si sta esaminando e che viene per questo chiamata massa molare.
Il fisico Amedeo Avogadro aveva dimostrato nel 1811 che gas di elementi diversi quando hanno lo stesso volume e si trovano alla stessa pressione e stessa temperatura contengono lo stesso numero di particelle. Nei decenni successivi Thomsa Young, Johann Loshmidt e Albert Einstein cercarono di calcolare il numero di particelle contenute in questi gas, prima cercando di risalire alle loro dimensioni e facendo il rapporto tra il volume del gas e il loro, e poi con altri metodi. Nonostante ciò, il valore di una mole prese il nome di numero o costante di Avogadro, in onore di chi scoprì questo principio dei gas.
| Elemento | Massa atomica o molecolare | Massa molare | Quantità di sostanza |
|---|---|---|---|
| Idrogeno | 1,008 u | 1,008 g | 6,022 ∙ 1023 atomi |
| Carbonio | 12,01 u | 12,01 g | 6,022 ∙ 1023 atomi |
| Ossigeno | 16,00 u | 16,00 g | 6,022 ∙ 1023 atomi |
| Fluoro | 19,00 u | 19,00 g | 6,022 ∙ 1023 atomi |
| Acqua (H2O | 18,016 u | 18,016 g | 6,022 ∙ 1023 molecole |
Da questo deduciamo che per calcolare la quantità di sostanza di una certa massa bisogna dividerla per la massa molare corrispondente.
Inoltre, sappiamo che ad una mole di qualsiasi sostanza o composto corrisponde sempre lo stesso volume, che viene chiamato per questo motivo volume molare ed è uguale a 22,7 L/mol.
Da quanto esaminato finora possiamo anche scrivere l’equazione generale del gas ideale che mette in relazione tutte le grandezze che caratterizzano lo stato fisico di un gas senza dovere tenere conto della sua natura chimica:
p ∙ V = n ∙ R ∙ T
- p sta per la pressione misurata in kilopascal (kPa)
- V sta per il volume in litri
- n sta per la quantità di sostanza espressa in mol
- R è la costante dei gas ed è sempre 8,31 kPa ∙ L /mol ∙ K
- T è la temperatura espressa in gradi kelvin (K)
