Stechiometria- Reazioni chimiche
Le reazioni chimiche sono trasformazioni della materia in cui le sostanze di partenza, dette reagenti, si trasformano in nuovi composti (i prodotti di reazione) con diverse caratteristiche.
Classificazione
Le reazioni chimiche possono raggrupparsi in due grandi categorie:
- Reazioni che avvengono senza trasferimento di elettroni
- Reazioni che avvengono con trasferimento di elettroni
Quest’ultimo gruppo, che costituisce le reazioni redox verrà considerato a parte.
In forma del tutto generale, l’equazione rappresentativa di una reazione, in cui le sostanze A e B si trasformano in C e D e la seguente:
mA + nB → pC + qD
dove m, n, p, q, sono i coefficienti stechiometrici cioè i valori minimi per i quali è necessario moltiplicare le formule delle sostanze partecipanti affinché venga rispettata l’uguaglianza numerica tra gli atomi dei reagenti e quelli dei prodotti.
Il calcolo dei coefficienti stechiometrici costituisce il bilanciamento della reazione.
Per le reazioni chimiche che avvengono senza trasferimento di elettroni non esistono regole fisse per il bilanciamento che viene detto “a vista”
Esempi
Si voglia bilanciare la reazione
- N2+ H2 → NH3
Poiché gli atomi di azoto presenti nella molecola N2 sono due, saranno due le molecole di NH3 che si formeranno:
N2+ H2 → 2 NH3
Nelle due molecole di NH3 formatesi vi sono sei atomi di idrogeno quindi occorre partire da tre molecole di idrogeno
N2+3 H2 → 2 NH3
- FeS2 + O2 → Fe2O3 + SO2
Per ottenere una molecola di Fe2O3 deve partire da due molecole di FeS2 , formandosi così quattro molecole di SO2:
2 FeS2 + O2 → Fe2O3 + 4 SO2
Contando gli atomi di ossigeno ottenuti (11) si dovrebbe partire da 11/2 di O2 per avere tutti i coefficienti interi, occorre moltiplicare tutti i coefficienti calcolati per due. Avremo così:
4 FeS2 + 11 O2 → 2 Fe2O3 + 8 SO2
Ricordando che i coefficienti stechiometrici rappresentano il numero di moli delle sostanze che reagiscono e dei prodotti che si formano è possibile calcolare, dalle equazioni bilanciate, le quantità di sostanze necessarie per trasformare un dato reagente e calcolare le quantità dei prodotti ottenibili da quantità note di sostanze di partenza.
Esercizi
- Data la reazione:
Zn + 2 HCl → ZnCl2 + H2
Calcolare i grammi di HCl necessari e i grammi di ZnCl2 ottenuti partendo da 9.50 grammi di zinco.
moli di zinco = (9.50) / (65.38) = 0.145
Il rapporto stechiometrico tra Zn e HCl è di uno a due per cui
1 : 2 = 0.145 : x da cui x = 0.290
massa di HCl necessaria = 0.290 moli ∙ 36.46 g/mol = 10.6 g
Per ottenere la massa di ZnCl2 prodotta poiché il rapporto stechiometrico tra Zn e ZnCl2 è di uno a uno si otterranno 0.145 moli di ZnCl2
massa di ZnCl2 = 0.145 ∙ 136.29 = 19.8 g
2. Data la reazione:
BaCl2+2 AgNO3 → Ba(NO3)2 + 2 AgCl
Se ad una soluzione contenente 40.0 grammi di BaCl2 (P.M. = 208.27 g/mol) vengono aggiunti 50.0 grammi di AgNO3 (P.M. = 169.89 g/mol) calcolare la massa di AgCl formatasi e i grammi di reagente in eccesso.
moli di BaCl2 = (40.0) / (208.27) = 0.192
Poiché il rapporto stechiometrico tra i reagenti è di uno a due, le moli di AgNO3 necessarie sono pari a 0.192 ∙ 2 = 0.384
moli di AgNO3 disponibili = (50.0) / (169.89) = 0.294
Ciò significa che AgNO3 è insufficiente a reagire con BaCl2
Si deve pertanto calcolare la massa di AgCl prodotto a partire da quella di AgNO3 (reagente limitante – v. nota). Poiché il rapporto stechiometrico tra AgNO3 e AgCl è di due a due ovvero di uno a uno le moli di AgCl ottenute saranno pari a 0.294.
La massa di AgCl ottenuta sarà pari 0.294 ∙ 143.34 = 42.1 grammi.
Le moli di BaCl2 necessarie a reagire sono 0.294/2 = 0.147
Le moli di BaCl2 in eccesso sono 0.192 – 0.147 = 0.0450
Massa di BaCl2 in eccesso = 0.0450 ∙ 208.27 = 9.37 g
NOTA: In una reazione chimica il reagente limitante è quello presente in quantità insufficiente per reagire con l’altro reagente. Il reagente limitante si consuma completamente, l’altro solo in parte. La parte che non reagisce viene definita “in eccesso”.
