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.

Reazioni chimiche: 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”

Reazioni chimiche: 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.

Reazioni chimiche: Esercizi

1. 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

Reazioni chimiche 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”.

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