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Valeria Costantino » 4.Equazioni chimiche


La legge della conservazione della materia

Nel 18° secolo lo scienziato francese Lavoisier introdusse la legge della conservazione della massa, la quale stabilisce che ” la materia non può essere nè creata nè distrutta“.


La legge della conservazione della materia

Questo significa che se la massa totale dei reagenti è pari a 10 g e la reazione trasforma completamente i reagenti in prodotti, anche la massa dei prodotti deve essere pari a 10 g. Inoltre se i reagenti contengono, ad esempio, 1000 atomi di un certo elemento, anche i prodotti dovranno contenere gli stessi 1000 atomi di quell’elemento.

Quindi, lo stesso numero di atomi di ciascun elemento deve essere presente nei reagenti e nei prodotti, anche se essi appartengono a composti diversi.

Le reazioni chimiche

Quindi una reazione chimica è una trasformazione della materia che avviene senza variazioni misurabili di massa, in cui uno o più reagenti iniziali modificano la loro struttura e composizione originaria per generare i prodotti.

L’equazione chimica descrive la reazione ponendo i reagenti a sinistra della freccia, cioè le sostanze che si combinano nella reazione ed a destra i prodotti, cioè le sostanze che si formano.

Le equazioni chimiche

Una reazione è descritta da una equazione chimica come esemplificato di seguito:

aAsf + bBsf -> cCsf + dDsf

dove:

  • A,B,C e D sono i composti, scritti con la loro formula molecolare;
  • a,b,c e d sono i coefficienti stechiometrici di ciascun composto, ossia indicano il numero di molecole (o moli) di ciascun composto, che partecipa alla reazione;
  • sf indica lo stato fisico del composto, che nelle equazioni chimica sono quattro: solido (s), liquido (l), gassoso (g) e acquoso (aq).

Le equazioni chimiche

Nell’immagine vediamo la reazione di decomposizione dell’ossido di mercurio che produce mercurio metallico ed ossigeno.

HgO (s) -> Hg (l) + O2 (g) (descrizione qualitativa)

2HgO (s) -> 2Hg (l) + O2 (g)

Lo stesso numero di atomi di ogni elemento deve essere presente nei reagenti e nei prodotti, anche se appartengono a composti diversi.

Le equazioni chimiche

La reazione senza coefficienti stechiometrici dà solo una idea qualitativa della reazione, cioè dice quali sostanze si trasformano in quali sostanze.

Per scrivere una equazione che sia valida anche dal punto di vista quantitativo, bisogna ricordare che in una reazione chimica gli atomi si combinano in modo diverso, ma non si creano né si distruggono.

Per questo, in una equazione chimica ai due lati della freccia devono apparire lo stesso numero di atomi di ciascun elemento.

Coefficienti stechiometrici

Per ottenere questo, si moltiplicano reagenti e prodotti per dei numeri, detti coefficienti stechiometrici, scelti opportunamente.

Un altro esempio:

H2 + O2 -> H2O

reazione non bilanciata

2 H2 + O2 -> 2H2O

reazione bilanciata (il coefficiente 1 si omette).

Una equazione chimica del genere è detta equazione chimica bilanciata.

Le equazioni chimiche: il bilanciamento

Un altro esempio:

il ferro reagisce con l’ossigeno per dare ossido di ferro (III)

Fe (s) + O2 (g) -> Fe2O3 (s) reazione non bilanciata

Bilanciamo la reazione:

2Fe (s) +3 O2 (g) -> 2Fe2O3 (s) reazione bilanciata

Bilanciamento delle reazioni chimiche

Alcune regole generali per effettuare un corretto bilanciamento:

  • Sembrerà banale, ma il primo passo è quello di scrivere correttamente le formule di reagenti e prodotti;
  • non modificare mai i pedici nelle formule di reagenti e prodotti;
  • bilanciare prima gli atomi diversi da H ed O;
  • bilanciare gli atomi di idrogeno;
  • bilanciare gli atomi di ossigeno;
  • verificare che sia bilanciato il numero di atomi di ciascun elemento.

Bilanciamento delle reazioni chimiche

Facciamo un altro esempio, consideriamo la reazione dell’ammoniaca con l’ossigeno, che produce monossido di azoto ed acqua

NH3 (g) + O2 (g) → NO (g) + H2O (g)

  • controlliamo che reagenti e composti siano scritti correttamente;
  • bilanciamo l’azoto;
  • bilanciamo l’H (questo comporta il ribilanciamento dell’azoto a destra);
  • bilanciamo l’O;
  • verifichiamo il risultato:

4 NH3 (g) + 5O2 (g) → 4NO (g) + 6 H2O (g)

Bilanciamento delle reazioni chimiche

Esercitiamoci a bilanciare le reazioni: scrivere l’equazione chimica bilanciata per la reazione tra:

  • azoto ed idrogeno che produce ammoniaca;
  • alluminio ed ossigeno che produce ossido di alluminio;
  • magnesio ed ossigeno che produce ossido di magnesio;
  • ferro (III) ed ossigeno che produce ossido di ferro (III);
  • cromo ed ossigeno che produce ossido di cromo;
  • alluminio e cloro che produce tricloruro di alluminio;
  • magnesio e bromo che produce bromuro di magnesio;
  • boro e cloro che produce cloruro di boro.

Obiettivi della IV lezione

Dopo aver studiato questa quarta lezione bisogna essere capaci di:

  • scrivere correttamente un’equazione chimica e bilanciarla.

Si consiglia di esercitarsi rispondendo alle domande del test riportato nel materiale supplementare.

I materiali di supporto della lezione

Test

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