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Valeria Costantino » 5.Stechiometria


Stechiometria delle reazioni

Abbiamo detto (Lezione IV) che in una equazione chimica bilanciata come:

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

i coefficienti stechiometrici indicano anche i rapporti in moli tra reagente e reagente, e tra reagenti e prodotti. Quindi nel nostro caso 1 mole di azoto reagisce con 3 moli di idrogeno per dare 2 moli di ammoniaca.

Possiamo anche dire che, in questa reazione, 1 mole di azoto è chimicamente equivalente a 3 mole di idrogeno e 3 moli di idrogeno sono chimicamente equivalenti a 2 moli di NH3.

In simboli:

1 mol N2 = 3 mol H2 e 3 mol H2 = 2 mol NH3

Stechiometria delle reazioni

Queste relazioni quantitative (in moli) tra le sostanze che partecipano alla reazione sono dette relazioni stechiometriche, e la parte della chimica che si occupa di questi argomenti è detta stechiometria.

La stechiometria serve a calcolare la quantità di un reagente che reagisce con una quantità nota di un altro reagente, o la quantità di prodotto che si forma da una certa quantità di reagenti, o ancora che quantità di reagenti è necessaria per ottenere una certa quantità di prodotto.

La quantità di sostanza: la mole

Quando due sostanze reagiscono tra di loro è necessario sapere quanti atomi di ognuna si utilizzano, in altre parole è necessario un metodo per contare gli atomi anche se sono molto piccoli.

Si deve quindi collegare il mondo macroscopico, quello che possiamo vedere, con quello microscopico degli atomi. Per fare ciò, è stata definita una unità chimica di conteggio che si chiama mole.

La quantità di sostanza: la mole

La mole, il cui simbolo è mol, è l’unità del sistema internazionale per misurare una quantità di sostanza ed è definita come segue:

Una mole è una quantità di sostanza che contiene tanti atomi quanti sono quelli presenti in 12 grammi esatti dell’isotopo 12 del carbonio“.

La quantità di sostanza: la mole

Quindi una mole contiene sempre lo stesso numero di atomi indipendentemente dal tipo di sostanza (una mole di sodio contiene lo stesso numero di atomi di una mole di ferro).

Sperimentalmente è stato dimostrato che:

una mole è pari a 6.0221·1023 atomi

Il numero 6.0221·1023 è detto numero di Avogadro ed è indicato con il simbolo NA.

La quantità di sostanza: la mole

Il concetto di mole quindi in sé non è difficile: diciamo “una mole di atomi” per dire “602210000000000000000000 atomi”, così come diciamo “una dozzina di uova” per dire “12 uova”.

Ma perché è stato scelto proprio il numero NA per la definizione di mole?
Perché in questo modo la massa in grammi di una mole di un elemento rappresenta la massa molare.


La quantità di sostanza: la mole

La massa molare di un elemento è la quantità in grammi numericamente uguale al suo peso atomico.

Ad es., una mole di magnesio corrisponde a 24,305 g di magnesio.


Conversione grammi/mole e viceversa

La massa in grammi di una mole d’atomi di ogni elemento è, quindi, la massa molare di quell’elemento. E’ numericamente uguale alla massa atomica:

Massa molare (o peso atomico) del sodio è uguale a 22,9898 g/mol, che è uguale a 6,02214 x 1023 atomi di sodio.

E’ fondamentale saper convertire i grammi di una sostanza in moli e viceversa.

Conversione grammi/mole e viceversa


Conversione grammi/mole e viceversa

  • Calcolare la massa in grammi di 2,5 moli di alluminio.
  • Come si procede:
    • g di Al= 2,5 mol di Al X massa molare Al

Dalla tavola periodica ricaviamo che la massa molare di Al è 26,98, quindi

g di Al = 2,5 X 26,98 =67,45 g

Conversione grammi/mole e viceversa

Calcolare la massa in grammi di 3,5 moli di biossido d’azoto.

La massa molare di N2O si ottiene sommando la massa atomica dei suoi componenti.

Quindi : 14,00 x 2 atomi di azoto= 28,00 + 16 x 1 atomo di ossigeno = 44 g di N2O = 3,5 X 44,00 =154,00 g

3,5 moli di biossido d’azoto corrispondono a 154,00 grammi.

Calcoli stechiometrici in moli I


Calcoli stechiometrici in moli I


Calcoli stechiometrici in moli II


Calcoli stechiometrici in moli: riepilogo

Abbiamo quindi visto l’uso del rapporto stechiometrico (o molare) per:

  • calcolare la quantità di reagente B che serve per far avvenire la trasformazione completa di reagenti in prodotti avendo a disposizione una certa quantità di reagente A;
  • calcolare la quantità di prodotto che si ottiene a partire da una certa quantità di reagente.

Il fattore stechiometrico è un fattore di conversione che mette in relazione le moli di un reagente con quello di un altro, o le moli di un reagente con quelle del prodotto.


Calcoli stechiometrici in moli: test

  • Facendo reagire trifloruro di alluminio con idrossido d potassio si ottiene idrossido di alluminio e floruro di potassio.
    • Scrivere l’equazione chimica bilanciata.
    • Calcolare i grammi di idrossido di alluminio e di floruro di potassio che si possono ottenere avendo a disposizione 25,8 grammi di trifloruro di alluminio.
  • L’alluminio reagisce con l’ossigeno.

Scrivere la reazione bilanciata e calcolare la quantità di ossigeno necessaria per far reagire completamente 6,8 grammi di alluminio.

Obiettivi della V lezione

Dopo aver studiato questa lezione bisogna essere capaci di:

  • calcolare la massa molecolare (o peso molecolare) di un composto;
  • esprimere il significato di mole;
  • convertire grammi in moli e viceversa;
  • calcolare la quantità di reagente B che serve per far avvenire la trasformazione completa di reagenti in prodotti avendo a disposizione una certa quantità di reagente A;
  • calcolare la quantità di prodotto che si ottiene a partire da una certa quantità di reagente.

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

I materiali di supporto della lezione

Test

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