Equazioni e calcoli chimici

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Equazioni e

calcoli chimici

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Equazioni chimiche

Le equazioni chimiche: come scriverele reazioniLe 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.


Equazioni chimiche

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.


Equazioni chimiche

Qui di seguito sono riportati alcuni esempi che chiariscono il significato dei più importanti simboli utilizzati nelle equazioni chimiche.

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equazioni

Equazioni chimiche

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, separandolicon 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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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

Equazioni chimiche

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mappaUD5 formule ed

equazioni

Equazioni chimiche

Vediamo un altro esempio

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equazioni

Equazioni chimiche

Vediamo un altro esempio

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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 moleUF2 La quantità nelle reazioni

La mole: la base dei calcoli

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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).


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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:


12Equazioni chimiche

Equazioni e calcoliUna 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:

UF2 La quantità nelle reazioni

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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:

UF2 La quantità nelle reazioniEquazioni chimiche

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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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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:


16Calcoli 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.


Calcoli stechiometrici


Quando è nota, per esempio, la massa di uno dei reagenti, con i calcoli stechiometriciè possibile determinare la massa necessaria degli altri reagenti e le masse dei prodotti che si ottengono.Il procedimento è delineato schematicamente nella slide successiva.



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:coefficiente2

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.


19Calcoli stechiometrici UF2 La quantità nelle reazioni

20Calcoli 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 esatteproporzioni richieste dall’equazione.Sappiamo, per esempio, che idrogeno e ossigeno reagiscono per dare acqua secondo la reazione:



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.



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.



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 dallemoli del reagente limitante (punto 2), ricorrendoai rapporti molari indicati dai coefficienti stechiometrici.

25UF2 La quantità nelle reazioniCalcoli stechiometrici

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