Esempio di principio di stechiometria

Il principio stechiometrico è il principio chimico che afferma che in ogni reazione chimica, c'è un equilibrio tra il numero di atomi nelle molecole che reagiscono e numero di atomi nelle molecole che reagiscono produrre.

Questo principio si basa sulla legge di conservazione della materia, la quale afferma che lo stesso numero di atomi in ciascuna L'elemento nelle sostanze reattive sarà conservato nei prodotti di reazione, sebbene combinati in modi diversi.

Quando ha luogo una reazione chimica, i legami che formano le molecole dei composti reagenti (i reagenti), si rompono e si modificano, dando origine a una o più sostanze. Sebbene le molecole siano modificate e non siano più le stesse, gli atomi che le formano si combinano in a diverso, ma il numero totale di atomi si conserva, quindi deve essere lo stesso prima e dopo il reazione.

Ad esempio nella seguente reazione chimica:

HCl + NaOH -> NaCl + H₂O

Secondo il principio stechiometrico, deve esserci lo stesso numero di atomi su ciascun lato dell'equazione. Vediamolo per l'equazione che abbiamo visto:

HCl + NaOH	-->	NaCl + H2O
Idrogeno = 2 Sodio = 1 Cloro = 1 Ossigeno = 1	= = = =	Idrogeno = 2 Sodio = 1 Cloro = 1 Ossigeno = 1

Calcoli stechiometrici

I calcoli stechiometrici sono le operazioni mediante le quali verifichiamo che il principio stechiometrico sia soddisfatto nelle equazioni, nonché le sue applicazioni pratiche.

Nell'esempio precedente della combinazione di acido cloridrico e idrossido di sodio, per produrre cloruro di sodio e acqua, abbiamo realizzato un calcolo stechiometrico per conteggio atomico.

Un altro metodo di controllo è il calcolo stechiometrico per unità di massa atomica, In cui il calcolo viene effettuato in base alla somma delle masse atomiche degli elementi che vengono combinati.

Questo calcolo può essere effettuato mediante le masse assolute o mediante arrotondamento. Nell'esempio sopra:

Calcolo per Massa Assoluta a due cifre decimali:

HCl + NaOH -> NaCl + H₂ O

(1.00 + 35.45) + (22.98 + 15.99 + 1.00) --> (22.98 + 35.45) + (2.00 + 15.99)

(36.45) + (39.97) --> (58.43) + (17.99)

76.42 --> 76.42

Calcolo dell'arrotondamento della massa atomica:

HCl + NaOH -> NaCl + H₂ O

(1 + 35) + (23 + 16 + 1) --> (23 + 35) + (2 + 16)

(36) + (40) --> (58) + (18)

76 --> 76

Applicazioni delle equazioni stechiometriche

Uno degli usi delle equazioni stechiometriche è il equazioni di bilanciamento, che può essere eseguito sia con il metodo Redox che per tentativi ed errori, poiché in entrambi i casi il Lo scopo è quello di verificare che ci sia lo stesso numero di atomi di ogni elemento nei reagenti e nel prodotti.

Nell'esempio seguente abbiamo il tricloruro di ferro:

Fe + Cl2 = FeCl3

Fe + Cl2	-->	FeCl3
Ferro = 1 Cloro = 2	= ~	Ferro = 1 Cloro = 3

In questo caso conosciamo le formule delle molecole reattive: Ferro (Fe) e Cloro (Cl₂), e il suo prodotto: tricloruro di ferro (FeCl3₃) e come vediamo, il numero di atomi di cloro non è lo stesso in entrambe le equazioni.

Per soddisfare il principio stechiometrico, dobbiamo trovare il numero totale di atomi coinvolti nella reazione e nel prodotto, in modo che siano gli stessi.

Per fare ciò, utilizziamo uno dei metodi di bilanciamento delle equazioni (Redox, tentativi ed errori). In questo esempio utilizzeremo il metodo di prova ed errore.

Il minimo comune multiplo di 2 e 3 è 6. Se moltiplichiamo in modo che ci siano 6 atomi di cloro su ciascun lato dell'equazione, avremo quanto segue:

Fe + 3Cl2	-->	2FeCl3
Ferro = 1 Cloro = 6	~ =	Ferro = 2 Cloro = 6

Abbiamo già bilanciato gli atomi di cloro, ma ora ci manca un atomo di ferro. Come possiamo capire, l'atomo mancante è dal lato dei reagenti. Allora avremo:

2Fe + 3Cl2	-->	2FeCl3
Ferro = 2 Cloro = 6	= =	Ferro = 2 Cloro = 6

Come possiamo vedere, abbiamo già 6 atomi di cloro situati in 3 molecole nei reagenti e 6 atomi distribuiti in gruppi di tre atomi in ogni molecola di prodotto. Ora vediamo che per ottenere lo stesso numero di atomi di ferro nel prodotto, abbiamo bisogno di due molecole di ferro nei reagenti. Abbiamo bilanciato l'equazione.

Un altro uso delle equazioni stechiometriche è il calcolo dei reagenti, sia per evitare rifiuti di una qualsiasi delle sostanze, come calcolare la quantità di sostanze per neutralizzare un acido o un a base.

Ciò si ottiene attraverso il calcolo molare: la somma delle masse atomiche di ciascuno degli atomi che compongono una molecola, dà come risultato la sua massa molare. Per esempio:

Se cerchiamo la massa molare dell'acido borico (acido trioxoborico) la cui formula è: H₃BO₃, calcoliamo prima le masse molecolari di ciascuno dei suoi componenti, utilizzando la tavola periodica:

H₃ = (3)(1.00) = 3.00

B = (1) (10,81) = 10,81

O₃ = (3)(15.99) = 47.94

Massa molare = 61.78

Il che significa che 1 mole di acido borico equivale a 61,78 grammi.

Il calcolo delle moli di ogni composto ci servirà poi per calcolare l'esatta quantità di sostanze reattive, sia in modo che non sia finita o necessaria durante la reazione, nonché per calcolare quanto ottenere una certa quantità di prodotto.

Esempio:

Se usiamo il nostro esempio precedente di cloruro di ferro e vogliamo sapere quanto cloro c'è da combinare con 100 grammi di ferro e sapere quanta quantità di tricloruro di ferro è produrrà.

L'equazione che esprime la reazione è la seguente:

2Fe + 3Cl₂ -> 2FeCl₃

Ora facciamo il calcolo molare arrotondando le masse atomiche:

Fe = 56

Cl₂ = 70

FeCl₃ = 161

Finora abbiamo il valore di 1 mole di ciascuna sostanza. Ora vediamo che il numero che indica il numero di molecole reattive e di prodotto si chiama anche coefficiente stechiometrico, e ci dice quante moli di quella sostanza interagiscono. Nel caso in cui il coefficiente sia 1, non è scritto.

Quindi sostituendo i valori avremo:

2Fe = 2 (56) = 112

3Cl₂ = 3(70) = 210

2FeCl₃ = 2(161) = 322

Applichiamo la regola del tre per calcolare la massa del cloro:

100/112 = x / 210

21000/112=187.5

Quindi ci vorranno 187,5 grammi di cloro per reagire completamente con il ferro.

Ora applichiamo la regola del 3 per calcolare il prodotto risultante:

100/112 = x / 322

32200/112=287.5

Verranno quindi prodotti 287,5 grammi di tricloruro di ferro.

Se aggiungiamo i grammi ottenuti con la relazione, abbiamo come risultato:

100 + 187.5 = 287.5

Con la quale controlliamo che gli importi siano corretti.

Notazione stechiometrica

Per evitare ambiguità e confusione nell'esprimere il nome e la composizione dei composti, nei diversi tipi di notazione chimica dei composti inorganici, il IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry) ha promosso l'uso della notazione stechiometrica, utilizzata principalmente in ambito accademico e di ricerca, con cui si cambia l'uso dei suffissi o dei numeri romani, mediante l'uso di prefissi numerici greci che indicano il numero di atomi di ciascun elemento che compongono il molecole. Nel caso di atomi unitari, il prefisso viene omesso.

Nella notazione stechiometrica si menziona per primo l'elemento o ione elettropositivo, seguito da quello elettronegativo.

Formula Vecchia notazione Notazione stechiometrica

FeO Ossido ferroso, Ossido di ferro Ossido di ferro

Fede₂O₃: Ossido ferrico, Ossido di ferro III Di-ferro triossido

Fede₃O₄: Ossido di ferro IV Tri-tetraossido di ferro

Esempi di applicazioni del principio stechiometrico

Esempio 1: bilancia la seguente equazione:

HCl + MnO₂ -> MnCl₂ + 2H₂O + Cl₂

Applicazione del metodo di riduzione dell'ossido (REDOX):

HCl + MnO₂ -> MnCl₂ + 2H₂O + Cl₂

(+1-1)+(+4-4) --> (+2-2) + (+4-4)+ (-0)

Come possiamo vedere, il manganese è stato ridotto da +4 a +2.

Se esaminiamo i valori per ogni elemento, escluso il manganese, che è stato ridotto, vediamo i seguenti valori

Prodotti reattivi agli elementi

Idrogeno +1 +4

Cloro -1 -4

Ossigeno -4 -4

Quindi ora dobbiamo bilanciare i numeri, in modo che abbiano gli stessi valori su entrambi i lati dell'equazione. Poiché Cloro e Idrogeno sono nella stessa molecola, ciò significa che sono necessarie 4 molecole di acido cloridrico per bilanciare i valori:

4HCl + MnO₂ -> MnCl₂ + 2H₂O + Cl₂

(+4-4)+(+4-4) --> (+2-2) + (+4-4)+ (-0)

Esempio 2: Nell'equazione sopra:

4HCl + MnO₂ -> MnCl₂ + 2H₂O + Cl₂

Calcola quanti grammi di biossido di manganese sono necessari per produrre 80 grammi di dicloruro di manganese.

Per prima cosa calcoliamo il peso molare di ogni molecola (arrotondaremo con numeri interi):

HCl = 1 + 35 = 36 X 4 = 144

MnO₂ = 55 + 16 + 16 = 87

MnCl₂ = 55 + 35 + 35 = 125

H₂O = 1 + 1 + 16 = 18 X 2 = 36

Cl₂ = 35 + 35 = 70

Applichiamo la regola del tre:

x / 87 = 80/125 = 6960/125 = 55,58

Quindi avrai bisogno di 55,58 grammi di biossido di magnesio.

Esempio 3: Nell'equazione sopra:

4HCl + MnO₂ -> MnCl₂ + 2H₂O + Cl₂

Calcola quanti grammi di acido cloridrico sono necessari per produrre gli 80 grammi di dicloruro di manganese.

Poiché conosciamo già i valori, applichiamo la regola del tre:

x / 144 = 80/125 = 11520/125 = 92,16

Ci vorranno 92,16 grammi di acido cloridrico.

Esempio 4: Nella stessa equazione:

4HCl + MnO₂ -> MnCl₂ + 2H₂O + Cl₂

Calcola quanti grammi di acqua vengono prodotti producendo 125 grammi di dicloruro di manganese.

Sostituiamo i valori e applichiamo la regola del tre:

x / 36 = 125/125 = 4500/125 = 36

Verranno prodotti 36 grammi di acqua.