La formula chimica di una sostanza nota la sua composizione %

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1 La formula chimica di una sostanza nota la sua composizione % Si consideri la sostanza costituita dagli elementi A, B e C e sia nota la sua composizione %, che si ottiene sperimentalmente 1. Si divide la massa di ogni elemento presente in 100 g di sostanza (% di A, % di B e % di C) per la propria massa molare (MM A,MM B e MM C ). Si ottiene così il numero di moli di atomi, n, di ciascun elemento presente in 100 g sostanza. 2. Normalmente i valori ottenuti non sono numeri interi, o vicini ad un numero intero. In questo caso si divide ciascuno di essi per il più piccolo. Si ottengono in tal modo le moli di atomi di ciascun elemento combinate con una mole di atomi dell elemento meno abbondante. I numeri ottenuti rappresentano anche il numero di atomi di ciascun elemento combinati con un atomo dell elemento meno abbondante 3. Se i risultati ottenuti non sono numeri interi (o vicini a numeri interi) si moltiplicano per uno stesso numero intero tale da dare una serie di numeri interi. 4. Si ottiene così la sequenza dei più piccoli numeri interi, a, b, c di atomi che danno la combinazione atomica relativa del composto La formula risultante, A a, è la formula empirica del composto

2 Composizione ponderale percentuale (massa %) di un composto nota la sua formula chimica Si abbia il composto avente formula A a La % in massa dell elemento A si ottiene moltiplicando per 100 il rapporto tra la massa dell elemento A e quella del composto in cui è contenuta Poiché la massa di A contenuta in una mole di composto è a MM A = a PA A, si ha: % di A = a PA A /PM(A a ) 100 % di B = b PA B /PM(A a ) 100 % di C = c PA C /PM(A a ) 100

3 Reazioni chimiche Una reazione chimica descrive un fenomeno chimico nel quale una o più specie chimiche (atomi, molecole o ioni), dette reagenti, si trasformano in altre specie, dette prodotti di reazione Una reazione chimica viene descritta da una equazione chimica, costruita scrivendo in successione le formule chimiche dei singoli reagenti, ciascuna preceduta da un numero detto coefficiente stechiometrico, e collegate tra loro dal segno +, seguito da una freccia o doppia freccia (se la reazione può procedere anche in senso inverso). Si scrivono quindi in successione le formule dei prodotti della reazione, ognuna preceduta da un coefficiente stechiometrico La legge di Lavoisier sulla indistruttibilità degli atomi impone che in una reazione chimica il numero di atomi di ogni elemento rimanga invariato e quindi il numero di atomi di un elemento fra i reagenti deve essere lo stesso nei prodotti Un equazione chimica è bilanciata quando il principio della conservazione delle specie chimiche è rispettato

4 Calcolo dei coefficienti stechiometrici di una equazione chimica Molte equazioni chimiche possono essere bilanciate con il metodo a vista. Si osserva quale atomo appare una sola volta tra i reagenti e fra i prodotti e si bilancia questo per primo. Ad esempio nella reazione di combustione dell etanolo: C 2 H + 2 C 2 + H 2 Il carbonio è presente solo in un reagente (C 2 H) e solo in un prodotto (C 2 ). Poiché nel reagente ci sono 2 atomi di C, si mette un 2 davanti a C 2 : C 2 H + 2 2C 2 + H 2 Si bilancia quindi l idrogeno, mettendo 3 davanti a H 2 C 2 H + 2 2C 2 + 3H 2 Infine si bilancia l ossigeno, osservando che a destra ci sono 7 atomi di ossigeno mentre a sinistra solo 3. Scrivendo 3 davanti a 2 la reazione è bilanciata: C 2 H C 2 + 3H 2

5 Bilanciare la reazione: FeS S 2 Fe e S appaiono una sola volta fra i reagenti e i prodotti: si bilanciano questi atomi per primi. Mettendo un 2 davanti a FeS 2 si bilancia il ferro: 2FeS S 2 Si bilancia quindi lo zolfo, scrivendo 4 davanti a S 2 2FeS S 2 Infine si bilancia l ossigeno, osservando che fra i prodotti ci sono 11 atomi di : 2FeS / S 2 Allo scopo di eliminare i coefficienti frazionari si moltiplica l equazione per 2, ottenendo: 2(2FeS / S 2 ) 4FeS Fe 2 + 8S 2 )

6 Bilanciare la reazione: (NH 4 ) 2 Cr 2 7 Cr 2 + N 2 + H 2 Si nota che gli atomi di azoto e quelli di cromo sono già bilanciati Si bilancia quindi l idrogeno, mettendo 4 davanti a H 2 (NH 4 ) 2 Cr 2 7 Cr 2 + N 2 + 4H 2 In tal modo anche l ossigeno risulta bilanciato.

7 Reazioni ossido-riduttive o redox Nella reazione di formazione del cloruro di sodio, a partire dagli elementi, l atomo di sodio cede un elettrone all atomo di cloro formando il catione Na + e l anione Cl - : 2Na(s) + Cl 2 (g) 2NaCl(s) Le reazioni nelle quali avviene uno scambio di elettroni si chiamano reazioni di ossido-riduzione o redox Tutte le reazioni di combustione sono reazioni redox Esempio: CH C 2 + 2H 2 + energia Nonostante in questa reazione non compaiano prodotti ionici, lo scambio di elettroni avviene dal carbonio all ossigeno. Per verificare ciò è necessario introdurre il concetto di numero di ossidazione o stato di ossidazione così definito: Il N.. rappresenta il numero di elettroni che vengono formalmente acquistati (N.. negativo) o ceduti (N.. positivo) da un atomo quando è combinato in un composto

8 Determinazione del numero di ossidazione di un elemento in un composto 1) Gli atomi nelle sostanze elementari hanno numero di ossidazione = 0 2) Tutti gli atomi del I gruppo nei loro composti hanno N.. = +1 3) Tutti gli atomi del II gruppo nei loro composti hanno N.. = +2 4) L idrogeno ha normalmente numero di ossidazione +1 con l unica eccezione dei composti con gli elementi del I e II gruppo nei quali esso ha N.. = -1. Ad es: NaH (idruro di sodio), CaH 2 (idruro di calcio) 5) L ossigeno ha normalmente N.. = -2. Tuttavia nei perossidi il N.. è 1. H 2 2 (acqua ossigenata o perossido di idrogeno); Na 2 2 (perossido di sodio). Nei superossidi (es. K 2 ) il N.. dell ossigeno è 1/2 6) Gli alogeni (17 gruppo), quando non sono combinati con l ossigeno o tra di loro, hanno N.. 1. Quando sono combinati con l ossigeno il N.. è quello che risulta assegnando all ossigeno il N.. = -2. Nei composti interalogenici il N.. positivo si assegna all alogeno meno elettronegativo (F>Cl>Br>I) 7) In un composto la somma algebrica dei N.. dei singoli atomi presenti è uguale a 0 8) Il valore della carica di uno ione è uguale alla somma algebrica dei N.. dei singoli atomi che lo costituiscono

9 Esempi di calcolo del numero di ossidazione di un elemento in un composto