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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.

Le Equazioni Chimiche

• Un processo chimico è rappresentato da

un’equazione chimica.

• Esempio: reazione del magnesio con l’ossigeno.

Mg + O2 → MgO

• Le sostanze a sinistra della freccia sono dette reagenti.

• Le sostanze a destra della freccia sono dette prodotti.

• Un’equazione 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 è 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 più sostanze formano

un composto singolo.

��(�) + � �(�) → � ��(�)

• In una reazione di decomposizione, un composto singolo

forma due o più 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 è 16 volte la massa di H

La Scala di Massa Atomica

La scala delle masse atomiche era originariamente basata

sull’idrogeno:

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

Ora, la scala è 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: l’Unità di Misura della Quantità 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 è costituita da 6,02 x 1023 specie chimiche.

Questo numero si chiama Numero di Avogadro (NA).

Il numero di Avogadro è stato scelto cosicché 12 grammi

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

La Massa Molare

• La massa molare di una sostanza è la massa di una mole

espressa in grammi.

• La massa molare è, 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 H2

per 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 quantità

delle sostanze reagenti o dei prodotti di una reazione

a partire dalle equazioni chimiche bilanciate.

Dai coefficienti stechiometrici è possibile stabilire

le quantità di reagenti da impiegare o prevedere

le quantità 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

Poiché 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 sì 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 più 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 è stato

completamente consumato.

• Il reagente che si consuma per primo è 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 è la quantità formata quando il

reagente limitante è stato completamente consumato.

• La resa sperimentale è la quantità di prodotto ottenuta

effettivamente nella reazione quando la si esegue

in laboratorio.

• La resa percentuale è 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 è utilizzato come fertilizzante in agricoltura.

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

dare Ca3(PO4)2 e acqua. Inoltre calcolare la quantità 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 è 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.

L’ingrediente più attivo a tal fine è stato identificato e

denominato eucaliptolo.

L’analisi 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 dell’eucaliptolo 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 più comuni sulla Terra è 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, è costituito

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

Qual è la formula della magnetite?

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