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La Stechiometria La stechiometria studia i rapporti quantitativi fra le masse delle sostanze coinvolte in una reazione chimica. La stechiometria di reazione indica in che rapporti due o più sostanze reagiscono tra di loro. Il calcolo stechiometrico permette di calcolare le quantità di reagenti e prodotti coinvolti in una reazione chimica.
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La Stechiometria

La stechiometria studia i rapporti quantitativi

fra le masse delle sostanze coinvolte in una reazione

chimica.

La stechiometria di reazione indica in che rapporti

due o pi sostanze reagiscono tra di loro.

Il calcolo stechiometrico permette di calcolare

le quantit di reagenti e prodotti coinvolti in

una reazione chimica.

Le Equazioni Chimiche

Un processo chimico rappresentato da

unequazione chimica.

Esempio: reazione del magnesio con lossigeno.

Mg + O2 MgO

Le sostanze a sinistra della freccia sono dette reagenti.

Le sostanze a destra della freccia sono dette prodotti.

Unequazione chimica bilanciata ha lo stesso tipo e numero

di atomi fra i reagenti ed i prodotti.

2 Mg + O2 2 MgO

Le Equazioni Chimiche

Si usa indicare anche lo stato fisico di reagenti e prodotti:

2 Mg(s) + O2(g) 2 MgO(s)

(s): solido

(l): liquido

(g): gassoso

(aq): soluzione acquosa

Le Equazioni Chimiche

Esempio di bilanciamento: combustione del butano.

La combustione la reazione di un composto contenente C, H

(e/o O) in eccesso di O2 per produrre CO2 e H2O.

C4H10 + O2 CO2 + H2O

C4H10 + O2 4 CO2 + 5 H2O

C4H10 +

O2 4 CO2 + 5 H2O

2 C4H10 + 13 O2 8 CO2 + 10 H2O

Le Equazioni Chimiche

In una reazione di combinazione due o pi sostanze formano

un composto singolo.

() + () ()

In una reazione di decomposizione, un composto singolo

forma due o pi nuove sostanze.

() () + ()

Relazioni di Massa nelle Reazioni Chimiche

Una equazione chimica fornisce informazioni quantitative

sulla reazione.

Pesando reagenti e prodotti, possiamo determinare le masse

relative dei loro atomi:

2 H2O(l) 2 H2(g) + O2(g)

36 g 4 g 32 g

Da qui possiamo ricavare che:

la massa di O 16 volte la massa di H

La Scala di Massa Atomica

La scala delle masse atomiche era originariamente basata

sullidrogeno:

1H atomo = 1 uma (unit di massa atomica, g mol-1)16O atomo 16 uma12C atomo 12 uma

Ora, la scala basata sul 12C:

12C atomo = esattamente 12 uma1H atomo = 1,0078252 uma16O atomo = 15,9949149 uma

La Massa Atomica Media

La massa media di un atomo si calcola mediando sulle

abbondanze naturali dei suoi isotopi.

Esempio: Litio

6Li: 6,015 uma (7,42%)7Li: 7,016 uma (92,58%)

Massa media =

= (6,015 uma x 0,0742) + (7,016 uma x 0,9258) =

= 6,941 uma

La Massa Atomica Media

La massa media di un atomo si calcola mediando sulle

abbondanze naturali dei suoi isotopi.

Esempio: Cloro

35Cl: 34,968854 uma (75,53%)37Cl: 36,965896 uma (24,47%)

Massa media =

= (34,968854 uma x 0,7553) + (36,965896 uma x 0,2447) =

= 35,46 uma

La Composizione Percentuale di un Composto

Massa Percentuale degli elementi in H2O:

2 H = 2 x 1,0078 uma = 2,0156 uma

1 O = 15,9994 uma

1 H2O = 18,0150 uma

%(H) = ( 2,0156 uma / 18,0150 uma ) x 100 = 11,19%

%(O) = ( 15,9994 uma / 18,0150 uma ) x 100 = 88,81%

La Mole: lUnit di Misura della Quantit di Sostanza

Un atomo di 12C pesa 1,9933 x 10-23 g

In 12 g di 12C ci sono 6,02 x 1023 atomi

(6,02 x 1023) x (1,9933 x 10-23 g) = 12 g

Una mole costituita da 6,02 x 1023 specie chimiche.

Questo numero si chiama Numero di Avogadro (NA).

Il numero di Avogadro stato scelto cosicch 12 grammi

esatti di 12C corrispondono a 1 mole di 12C.

La Massa Molare

La massa molare di una sostanza la massa di una mole

espressa in grammi.

La massa molare , in numero, uguale al peso formula in uma.

Massa media di 1 atomo di C = 12,011 uma

Massa di 1 mole di C = 12,011 g

Massa di 1 molecola di H2O = 18.015 uma

Massa di 1 mole di H2O = 18,015 g

Massa di 1 MgO = 40,304 uma

Massa di 1 mole di MgO = 40,304 g

Moli e Reazioni Chimiche

Invece di contare le molecole in una reazione, contiamo

le moli di molecole.

N2(g) + 3 H2(g) 2 NH3(g)

1 mole di N2 reagisce con 3 moli di H2 per dare 2 moli di NH3

O in altre parole

per ogni mole di N2 reagiscono 3 moli di H2per dare 2 moli di NH3.

La Stechiometria

La stechiometria utilizza relazioni quantitative tra le sostanze

coinvolte in una reazione.

La stechiometria consente di calcolare le quantit

delle sostanze reagenti o dei prodotti di una reazione

a partire dalle equazioni chimiche bilanciate.

Dai coefficienti stechiometrici possibile stabilire

le quantit di reagenti da impiegare o prevedere

le quantit di prodotti che si possono ottenere.

Numero di moli = massa / (somma delle masse atomiche)

Massa = numero di moli x (somma delle masse atomiche)

La Stechiometria

N2(g) + 3 H2(g) 2 NH3(g)

1 g di N2 corrisponde a:

1 g / (2 x 14,01 uma) = 3,57 x 10-2 moli di N2

Poich per ogni mole di N2 reagiscono 3 moli di H2:

3 x 3,57 x 10-2 moli = 1,07 x 10-1 moli di H2

(1,07 x 10-1 moli) x (2 x 1,008 uma) = 0,216 g di H2

La Stechiometria

N2(g) + 3 H2(g) 2 NH3(g)

1 g di N2 corrisponde a:

1 g / (2 x 14,01 uma) = 3,57 x 10-2 moli di N2

Per fare s che 1 g si N2 reagisca completamente per dare NH3,

servono 0,216 g di H2.

Inoltre, per ogni mole di N2 si ottengono 2 moli di NH3:

2 x 3,57 x 10-2 moli = 7,14 x 10-2 moli di NH3

(7,14 x 10-2 moli) x (3 x 1,008 uma + 14,01 uma) = 1,216 g di NH3

Il Reagente Limitante

Selezionare un reagente della reazione e calcolare il numero di

moli formate da ogni reagente assumendo di consumarlo tutto.

Il reagente limitante fornisce il numero pi piccolo di moli

di prodotto.

Esempio. Considerare la reazione:

2 Al(s) + 3 Cl2(g) 2 AlCl3(s)

Quante moli di AlCl3 sono formate a partire da:

40,0 g di Al

213 g di Cl2

???

Il Reagente Limitante

La reazione termina quando uno dei reagenti stato

completamente consumato.

Il reagente che si consuma per primo il reagente limitante.

Gli altri reagenti sono reagenti in eccesso.

Il Reagente Limitante

2 Al(s) + 3 Cl2(g) 2 AlCl3(s)

Moli iniziali di Al: 40,0 g / 26,98 uma = 1,48 moli

Moli iniziali di Cl2: 213 g / (2 x 35,45 uma) = 3,00 moli

Per formare 2 moli di AlCl3 servono:

2 moli di Al

3 moli di Cl2

1,48 moli di Al / 2 = 0,74

3,00 moli di Cl2 / 3 = 1,00

Reagente limitante!

La Resa

La resa teorica di un prodotto la quantit formata quando il

reagente limitante stato completamente consumato.

La resa sperimentale la quantit di prodotto ottenuta

effettivamente nella reazione quando la si esegue

in laboratorio.

La resa percentuale data da:

Resa% = (resa sperimentale / resa teorica) x 100

La Resa

2 Al(s) + 3 Cl2(g) 2 AlCl3(s)

Moli iniziali del reagente limitante (Al): 1,48 moli

Da 2 moli di Al si ottengono 2 moli di AlCl3

2 : 2 = 1,48 :

= (1,48 x 2) / 2 = 1,48 moli di AlCl3

g di AlCl3 = 1,48 moli x (26,98 uma + 3 x 35,45 uma) = 167,7 g

Resa teorica = 167,7 g di AlCl3

Problemi di Stechiometria

Il fosfato di calcio utilizzato come fertilizzante in agricoltura.

Calcolare la quantit di CaO che reagisce con 58 g di H3PO4 per

dare Ca3(PO4)2 e acqua. Inoltre calcolare la quantit di fosfato di

calcio che si forma nella reazione. (Masse molari (g/mol):

H=1,008; P=30,97; O=15,9994; Ca=40,078).

Problemi di Stechiometria

Un composto ha fornito i seguenti dati analitici:

12,1% in massa: carbonio,

16,2% in massa: ossigeno,

71,7% in massa: cloro.

La massa molare 98,9 g/mol.

Scrivere la formula molecolare del composto.

Problemi di Stechiometria

Per secoli gli aborigeni australiani hanno adoperato le foglie

degli eucalipti per alleviare il mal di gola e altri dolori.

Lingrediente pi attivo a tal fine stato identificato e

denominato eucaliptolo.

Lanalisi di un campione di eucaliptolo di 3,16 g ha fornito i

seguenti dati ponderali assoluti: 2,46 g di carbonio; 0,373 g di

idrogeno e 0,329 g di ossigeno.

Determinare la percentuale in massa di C, H, e O e la formula

empirica delleucaliptolo sapendo che le masse molari di C, H e O

sono, rispettivamente, 12,011; 1,0079 e 15,9994 g/mol.

Problemi di Stechiometria

Una delle rocce pi comuni sulla Terra il feldspato.

Un tipo di feldspato ha formula CaAl2Si2O8.

Quanti grammi di alluminio si possono ottenere da 1276 kg di

questa roccia?

Problemi di Stechiometria

Il ferro reagisce con l'ossigeno formando tre composti: FeO,

Fe2O3, e Fe3O4.

Uno di questi composti, conosciuto come magnetite, costituito

dal 72,36% di Fe e 27,64% di O in massa.

Qual la formula della magnetite?

(masse atomiche: Fe = 55,85; O = 15,9994 g/mol).