Equazioni
e
calcoli
chimici
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Le equazioni chimiche: come scrivere
le reazioni
Le reazioni chimiche sono la base di tutte le trasformazioni della materia e
per rappresentarle è necessario utilizzare un modo di scrivere appropriato.
Si deve mettere in evidenza come le sostanze che si trasformano siano
formate da particelle. Per rendere chiare queste informazioni, si utilizza
l’equazione chimica, nella quale compaiono i simboli degli elementi o le
formule dei composti che partecipano alle reazioni.
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Equazioni
chimiche
UD5 formule2ed
equazioni
Tale equazione però fornisce solo una descrizione qualitativa della
reazione. Ci dice che cosa avviene, ma, scritta così, non rispetta la legge di
Lavoisier. Per esempio, gli atomi di idrogeno sono due a sinistra e uno a
destra e lo stesso accade per il cloro.
Perché l’equazione possa rappresentare correttamente la reazione chimica,
è necessario fare in modo che sia rispettato anche l’aspetto quantitativo
della trasformazione: deve essere bilanciata.
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Equazioni
chimiche
UD5 formule3ed
Qui di seguito sono riportati alcuni esempi che chiariscono il significato dei
più importanti simboli utilizzati nelle equazioni chimiche.
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Equazioni
chimiche
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UD5 formule ed
Per il bilanciamento di una reazione si procede per gradi, attenendosi
alle regole seguenti.
1. Scrivere le formule dei reagenti a sinistra e quelle dei prodotti a destra,
separandoli
con una freccia; se vi sono più reagenti o più prodotti, separare le
rispettive formule con un segno “+”.
2. Contare quanti atomi di ogni elemento vi sono da entrambe le parti
dell’equazione.
Gruppi di atomi che compaiano inalterati prima e dopo la freccia vengono
considerati come blocco unico.
3. Iniziare il bilanciamento a partire dall’elemento presente nel minor
numero di composti (in genere non conviene partire da idrogeno e
ossigeno) usando i necessari coefficienti stechiometrici.
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Equazioni
chimiche
UD5 formule5 ed
equazioni
Il coefficiente stechiometrico è un numero intero che si mette davanti alle
formule di ogni composto nelle reazioni chimiche. Se esso vale 1 viene
sottinteso. Il bilanciamento deve essere ottenuto variando solo i coefficienti
e non gli indici di una formula, poiché ciò significherebbe ricorrere a sostanze
diverse.
4. Si procede bilanciando uno alla volta tutti gli altri elementi (o gruppi)
cambiando, se necessario, soltanto i coefficienti stechiometrici.
5. Bilanciati tutti gli elementi, i coefficienti utilizzati deveono avere il valore
minimo possibile; per esempio: se tutti i coefficienti sono divisibili per 2 si deve
semplificare.
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Equazioni
chimiche
UD5 formule6 ed
equazioni
Vediamo un altro esempio
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Equazioni
chimiche
UD5 formule7 ed
equazioni
Vediamo un altro esempio
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Equazioni
chimiche
UD5 formule8 ed
equazioni
La mole: la base dei calcoli
Conosciamo già il significato del termine “mole” ,usato per
indicare una ben precisa quantità di sostanza, ovvero quella
che contiene esattamente un numero di Avogadro (N) di
particelle costituenti, ossia 6,022 · 1023 atomi o molecole.
Tale numero è stato scelto appositamente; in tal modo, infatti,
la mole e la massa, per una qualsiasi sostanza, sono in
relazione tra loro e precisamente si ha che:
La mole
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UF2 La quantità nelle reazioni
L’opportunità di questa scelta è immediatamente chiara se si
pensa alle semplificazioni che introduce nei calcoli. Per
esempio, 55,85 g di ferro (MA = 55,85) contengono lo stesso
numero di atomi di 24,30 g di magnesio (MA = 24,30)che è
anche lo stesso numero di molecole contenute in 18,02 g di
acqua (MM = 18,02).
La mole
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UF2 La quantità nelle reazioni
Far ricorso alle moli invece che agli atomi consente di
ragionare in termini di masse facilmente confrontabili con la
nostra realtà quotidiana e facilita molto i calcoli per
determinare le quantità dei reagenti coinvolti in una reazione o
dei prodotti che in essa si formano.
Ricordiamo anche che la massa molare di una sostanza ci
permette di calcolare il numero di moli contenute in una
determinata massa di quella sostanza:
La mole
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UF2 La quantità nelle reazioni
Equazioni e calcoli
Una equazione bilanciata ci consente di ricavare importanti informazioni
quantitative.
1.Particelle. L’equazione scritta indica che una molecola di idrogeno
reagisce con una molecola di cloro per dare due molecole di acido
cloridrico.
Più in generale, come già sappiamo:
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Equazioni chimiche
UF2 La quantità nelle reazioni
2. Moli. Poiché i coefficienti stechiometrici indicano un rapporto, esso resta
valido anche se i loro valori vengono moltiplicati per uno stesso numero.
In particolare, l’equazione considerata è valida anche se si fanno reagire 6,022
· 1023 molecole (una mole) di idrogeno con 6,022 · 1023 molecole (una mole) di
cloro. In tal caso si ottengono 2 · 6,022 · 1023 molecole (due moli) di HCl.
In altre parole:
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Equazioni chimiche
UF2 La quantità nelle reazioni
3. Masse. Abbiamo visto che la mole di una qualsiasi sostanza è stata scelta in
modo che la sua massa in grammi sia numericamente uguale alla massa
molecolare della sostanza. Grazie a questa caratteristica:
Grazie a questa caratteristica:
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Equazioni chimiche
UF2 La quantità nelle reazioni
4.Volumi. Nella reazione esaminata, i reagenti e i prodotti sono in fase
gassosa. Sappiamo dal Principio di Avogadro che uno stesso numero di
molecole, anche se di natura diversa, occupa un uguale volume se si trova alle
stesse condizioni di temperatura e pressione.
Grazie a questa particolarità, tra i volumi di reagenti e prodotti, purché si trovino
allo stato gassoso, esiste lo stesso rapporto che si ha tra le moli:
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Equazioni chimiche
UF2 La quantità nelle reazioni
Calcoli stechiometrici
Le informazioni che sono contenute in
un’equazione chimica bilanciata sono
fondamentali per determinare le
quantità delle sostanze che
partecipano o che vengono prodotte
nella reazione chimica da essa
descritta.
Il termine “stechiometria” viene dal
greco stoikheîon, “elemento” e -metría,
“misura”: “misura degli elementi”. I
calcoli stechiometrici sono infatti
utilizzati in ogni situazione in cui sono
importanti le quantità implicate nelle
reazioni chimiche utilizzate, sia in
ambito analitico, sia nel campo della
produzione industriale.
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Calcoli stechiometrici
UF2 La quantità nelle reazioni
Quando è nota, per esempio, la
massa di uno dei reagenti, con i
calcoli stechiometrici
è possibile determinare la massa
necessaria degli altri reagenti e le
masse dei prodotti che si
ottengono.
Il procedimento è delineato
schematicamente nella slide
successiva.
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Calcoli stechiometrici
UF2 La quantità nelle reazioni
1. Si bilancia la reazione
introducendo i necessari
coefficienti stechiometrici.
2. Si calcolano le moli del reagente
disponibile a partire dalla sua massa
e dalla sua massa molare.
3. Si calcolano le moli della sostanza cercata
basandosi sui rapporti molari indicati dai coefficienti
stechiometrici. La proporzione da impostare è
semplice:
moli1:moli2=coefficiente1:coeffi
ciente2
dove 1 e 2 sono le sostanze, di cui si conoscono o,
rispettivamente, si vogliono sapere le moli.
4. Si convertono in grammi le moli
trovate utilizzando la massa molare
(MM) della sostanza cercata.
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Calcoli stechiometrici
UF2 La quantità nelle reazioni
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Calcoli stechiometrici
UF2 La quantità nelle reazioni
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Calcoli stechiometrici
UF2 La quantità nelle reazioni
Il reagente limitante
Fino a ora abbiamo sempre considerato reazioni in cui i
reagenti sono presenti in quantità reciprocamente bilanciata,
ossia in quantità stechiometrica. Di frequente, tuttavia, la
situazione è diversa e i reagenti non sono nelle esatte
proporzioni richieste dall’equazione.
Sappiamo, per esempio, che idrogeno e ossigeno
reagiscono per dare acqua secondo la reazione:
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Calcoli stechiometrici
UF2 La quantità nelle reazioni
Questo significa che, se si fanno reagire sei molecole di idrogeno con tre
molecole di ossigeno, si ottengono sei molecole di acqua (1). Se, invece, si
mettono a reagire sei molecole di idrogeno con due molecole di ossigeno, si
ottengono quattro molecole di acqua e ne rimangono due di idrogeno (2) . In
quest’ultimo caso non c’è infatti abbastanza ossigeno per consumare tutto
l’idrogeno. L’ossigeno, presente in difetto rispetto all’idrogeno, è detto allora
reagente limitante.
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Calcoli stechiometrici
UF2 La quantità nelle reazioni
Per capire qual è il reagente
limitante in una reazione si
ragiona con le moli.
A partire dalle masse, infatti, si
possono calcolare le moli delle
sostanze che reagiscono e dal
loro confronto, tenendo conto dei
coefficienti stechiometrici,
possiamo trovare qual è il
reagente limitante.
L’individuazione del reagente
limitante e i successivi calcoli
possono essere realizzati
utilizzando la procedura illustrata
di seguito.
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Calcoli stechiometrici
UF2 La quantità nelle reazioni
1. Si bilancia la reazione
introducendo i necessari
coefficienti stechiometrici.
2. Si calcolano le moli dei
reagenti a partire dalla sua
massa e dalla sua massa
molare.
3. Si dividono le moli ciascuna per il
proprio coefficiente stechiometrico.
Poiché tali rapportidevono essere
uguali, il numero più basso così
ottenuto indica qual è il reagente
limitante (R.L.).
4. Si calcolano le moli dei prodotti a
partire dalle
moli del reagente limitante (punto
2), ricorrendo
ai rapporti molari indicati dai
coefficienti stechiometrici.
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Calcoli stechiometrici
UF2 La quantità nelle reazioni
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Calcoli stechiometrici
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Calcoli stechiometrici
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Calcoli stechiometrici
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