Laboratorio di Chimica Generale ed Inorganica. Lezione 6. Leggi fondamentali della chimica

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1 Laboratorio di Chimica Generale ed Inorganica Lezione 6 Leggi fondamentali della chimica Dott.ssa Lorenza Marvelli Dipartimento di Scienze Chimiche e Farmaceutiche Laboratorio di Chimica Generale ed Inorganica UniFe AA

2 Leggi fondamentali della chimica sono leggi ponderali che riguardano aspetti quantitativi delle trasformazioni chimiche legge di conservazione della massa (Lavoisier) legge delle proporzioni definite (Proust) legge delle proporzioni multiple (Dalton).

3 Leggi fondamentali della chimica Antoine-Laurent de Lavoisier (Parigi, ) chimico, biologo, filosofo ed economista.ed esattore delle imposte! «il padre della chimica" perché ha fondato la chimica moderna su basi quantitative. riconobbe e battezzò l'ossigeno (1778) e l'idrogeno (1783), confutò la teoria del flogisto aiutò a riformare la nomenclatura chimica. È stato anche il primo a scoprire la stretta relazione esistente fra combustione e respirazione polmonare mettendo in rilievo il ruolo svolto dall'aria in ambedue i processi. Legge della conservazione della massa All'interno di un sistema chiuso, in una reazione chimica la massa dei reagenti è esattamente uguale alla massa dei prodotti, anche se appare in diverse forme. in una reazione chimica nulla si crea, nulla si distrugge, ma tutto si trasforma. gran bilancia di precisione utilizzata da Lavoisier

4 Legge della conservazione della massa Reazione chimica: idrogeno e ossigeno reagiscono e formano acqua Reazione chimica: H 2(g) + O 2(g) H 2 O (l) equazione 2H 2 (g) + O 2 (g) 2H 2 O (l) atomi 4 atomi 2 atomi 4 atomi H e 2 atomi O molecole/moli grammi 2 x (2.016) g 32.0 g 2 x (18.01) g massa reagenti: 36.02g prodotti: 36.02g in una reazione chimica nulla si crea, nulla si distrugge

5 Legge della conservazione della massa Reazione chimica: idrogeno e ossigeno reagiscono e formano acqua Reazione chimica: H 2(g) + O 2(g) H 2 O (l) equazione H 2 (g) + O 2 (g) H 2 O (l) molecole/moli grammi g 32.0 g g massa reagenti: 34.02g prodotti: 18.01g non è colpa mia se i conti non vi tornano! non dimentichiamo di bilanciare le reazione chimiche

6 Legge della conservazione della massa Reazione chimica: idrogeno e ossigeno reagiscono e formano acqua Reazione chimica: H 2(g) + O 2(g) H 2 O (l) equazione 2H 2 (g) + O 2 (g) 2H 2 O (l) equazione 2H (g) + O (g) H 2 O (l) equazione H 2 (g) + O 2 (g) H 2 O (l) + O (g) equazione H 2 (g) + O 2 (g) H 2 O 2(l)? Attenzione! rispettare lo reale natura degli elementi non introdurre composti estranei alla reazione non confondere pedici e coefficienti stechiometrici

7 Forma «atomica» o «molecolare»? Es. se stiamo parlando di ossigeno atomico la MM sarà Se stiamo parlando di ossigeno molecolare la MM sarà (2 x )

8 Legge della conservazione della massa Reazione chimica: L ossido di zinco si ottiene dai vapori dello zinco bruciato in presenza di aria, ad elevate temperature. Reazione chimica: Zn (s) + O 2(g) ZnO (s) MM = 65, Equazione chimica: 2 Zn (s) + O 2(g) 2ZnO (s) moli grammi 2 (65,39) = g 2 (16) = 32g 2 (81.38) = 2 (65, ) = = 162,78 g massa reagenti: 162, 78g = prodotti: 162, 78g

9 Attenzione al calcolo delle MM 65, Equazione chimica 2 Zn (s) + O 2( g) 2 ZnO (s ) il peso atomico dello Zn è sempre 65,39 (così come la massa molare, 65,39g) anche se lo Zn è preceduto dal coefficiente 2 I coefficienti stechiometrici sono strettamente legati alla reazione considerata!!! Non confondere coefficienti stechiometrici e pedici!

10 Leggi fondamentali della chimica Proust ( ) Legge delle proporzioni definite (1799) Quando due o più elementi reagiscono per formare un determinato composto, si combinano sempre secondo proporzioni in massa definite e costanti.

11 Legge della conservazione della massa Legge delle proporzioni definite Quando Reazione chimica: L ossido di zinco due o si più ottiene elementi dai reagiscono vapori per dello formare zinco un bruciato in presenza di aria, ad determinato elevate temperature. composto, si combinano sempre secondo proporzioni in massa definite e costanti. Reazione chimica: Zn (s) + O 2(g) ZnO (s) Equazione chimica: 2 Zn (s) + O 2(g) 2 ZnO (s) moli grammi 2 (65,39) = g 65, (16.0) = 32.0g 2 (81.38) = 2 (65, ) = = 162,78 g g di zinco reagiranno con 32.0 g di ossigeno per ottenere g di ossido di zinco Ogni composto ha una composizione definita e costante!

12 Legge della conservazione della massa e delle proporzioni definite Legge delle proporzioni definite Quando Reazione chimica: L ossido di zinco due o si più ottiene elementi dai reagiscono vapori per dello formare zinco un bruciato in presenza di aria, ad determinato elevate temperature. composto, si combinano sempre secondo proporzioni in massa definite e costanti. Reazione chimica: Zn (s) + O 2(g) ZnO (s) Equazione chimica: 2 Zn (s) + O 2(g) 2 ZnO (s) moli 1 3 x mol xg Uno dei due reagenti limiterà l ottenimento del prodotto 65, immaginiamo di utilizzare tutto lo Zn disponibile: 1mol Quanto ossigeno sarebbe necessario? Dalla reazione BILANCIATA 2 mol Zn : 1 mol O 2 = 1 mol Zn : x mol O 2 x = 0.5 moli O 2 per fare reagire 1 mole di Zn occorrono 0.5 moli di O 2 le abbiamo? Si, abbiamo un eccesso di ossigeno! il reagente limitante è lo zinco (di ossigeno ne abbiamo in eccesso)

13 Legge della conservazione della massa e delle proporzioni definite Legge delle proporzioni definite Quando Reazione chimica: L ossido di zinco due o si più ottiene elementi dai reagiscono vapori per dello formare zinco un bruciato in presenza di aria, ad determinato elevate temperature. composto, si combinano sempre secondo proporzioni in massa definite e costanti. Reazione chimica: Zn (s) + O 2(g) ZnO (s) Equazione chimica: 2 Zn (s) + O 2(g) 2 ZnO (s) moli 1 3 Oppure. 65, quanto Zn sarebbe necessario? utilizzando tutto l ossigeno disponibile: 3mol Dalla reazione BILANCIATA 2 mol Zn : 1 mol O 2 = X mol Zn : 3 mol O 2 X = 6 mol Zn per fare reagire 3 moli di O 2 occorrerebbero 6 mole di Zn le abbiamo? NO, ne abbiamo solo 1 mole! il reagente limitante è lo zinco (di ossigeno ne abbiamo in eccesso)

14 Legge della conservazione della massa e delle proporzioni definite Legge delle proporzioni definite Quando Reazione chimica: L ossido di zinco due o si più ottiene elementi dai reagiscono vapori per dello formare zinco un bruciato in presenza di aria, ad determinato elevate temperature. composto, si combinano sempre secondo proporzioni in massa definite e costanti. Reazione chimica: Zn (s) + O 2(g) ZnO (s) Equazione chimica: 2 Zn (s) + O 2(g) 2 ZnO (s) moli , Individuazione del REAGENTE LIMITANTE Dalla reazione BILANCIATA 2 mol Zn : 1 mol O 2 = 1 mol Zn : x mol O 2 x = 0.5 moli O 2 oppure 2 mol Zn : 1 mol O 2 = X mol Zn : 3 mol O 2 X = 6 mol Zn Importante è arrivare alle giuste conclusioni QUANTO ZnO OTTENGO?

15 Legge della conservazione della massa e delle proporzioni definite Reazione chimica: L ossido di zinco si ottiene dai vapori dello zinco bruciato in presenza di aria, ad elevate temperature. Reazione chimica: Zn (s) + O 2(g) ZnO (s) 65, Equazione chimica: 2 Zn (s) + O 2(g) 2 ZnO (s) moli 1 3 moli? Individuazione del REAGENTE LIMITANTE Zn (s) ZnO (s) 1 mole 81,38g moli 1 = eccesso moli?

16 Legge della conservazione della massa e delle proporzioni definite Reazione chimica: L ossido di zinco si ottiene dai vapori dello zinco bruciato in presenza di aria, ad elevate temperature. Reazione chimica: Zn (s) + O 2(g) ZnO (s) 65, Equazione chimica: 2 Zn (s) + O 2(g) 2 ZnO (s) grammi 100 X? 124,45 g massa (g) n = : 65,39 x 81,38 MM (g/mol) moli 1,53 Rapporto stech. 1:1 1,53

17 Stechiometria applicata: sintesi di un dolce Cosa serve? Farina + uova + burro + latte 500g 5 250g 250 ml catalizzatore (lievito) riscaldamento (forno) Cosa abbiamo in casa? Riusciamo a fare il dolce? 2,0 Kg 1dozzina 250 g 750 ml Quanto resta in dispensa? 1,5 Kg 7 uova finito 500 ml Riesco a fare un secondo dolce?

18 Leggi fondamentali della chimica Proust ( ) "...un composto è un prodotto privilegiato al quale la natura ha dato una composizione costante". Legge delle proporzioni definite (1799) Quando due o più elementi reagiscono per formare un determinato composto, si combinano sempre secondo proporzioni in massa definite e costanti. Se facciamo reagire due sostanze e mettiamo un eccesso di una, l andamento della reazione non cambia, la massa in eccesso non reagisce e si trova inalterata alla fine della reazione, assieme al prodotto della reazione.

19 Equazioni chimiche e stechiometria 65, Zn (s) + O 2(g) 2 ZnO (s ) n = massa (g) MM (g/mol) g 100,00 100,00 xg =? moli Chi limita la produzione di ZnO? immaginiamo di utilizzare tutto l ossigeno disponibile 2 mol Zn : 1 mol O 2 = x mol Zn : 3,12 mol O 2 x = 6,24 mol Zn per fare reagire 3,13 moli di O 2 occorrono 6,24 mol Zn le abbiamo? NO, ne abbiamo solo 1,53 mol Zn! lo zinco è il reagente limitante

20 Equazioni chimiche e stechiometria 65, Zn (s) + O 2(g) 2 ZnO (s ) n = massa (g) MM (g/mol) g 100,00 100,00 xg =? g ZnO moli x MM moli 1.53 Reagente limitante Reagente in eccesso Rapporto stechiometrico 1:1

21 Equazioni chimiche e stechiometria 65, Zn (s) + O 2(g) 2 ZnO (s ) n = massa (g) MM (g/mol) g 100,00 100,00 xg =? g ZnO moli Reagente limitante Reagente in eccesso Quanti grammi di ossigeno restano? Quanti grammi di ossigeno hanno stechiom. reagito? grammi di ossigeno che restano 2 mol Zn : 1 mol O 2 = 1.53 mol Zn : x mol O 2 0,76 mol O 2 (3.12 mol - 0,76)mol = 2,35 mol 2,35 mol x 31,98 g/mol = 75,32 g

22 Equazioni chimiche e stechiometria 65, Zn (s) + O 2(g) 2 ZnO (s ) n = massa (g) MM (g/mol) g 100,00 100, g ZnO moli 1.53 x MM moli 1.53 Separo il prodotto, lo peso: ho ottenuto 100,0g di ossido di zinco e non quelli attesi teoricamente. Reagente limitante Rapporto stechiometrico 1:1 Con quale resa è avvenuta la reazione?

23 Equazioni chimiche e stechiometria: Resa di reazione 65, Zn (s) + O 2(g) 2 ZnO (s ) n = massa (g) MM (g/mol) g 100,00 100, g grammi teorici 100,0g grammi reali g realmente pesati Resa % = x 100 g teorici 100,0g Resa % = x 100 = 80,31% 124,51g Resa > 100% MAI!

24 Nel nostro laboratorio di ricerca

25 Leggi fondamentali della chimica Dalton ( ) Legge delle proporzioni multiple Quando due elementi si combinano in modi diversi per formare diversi composti, posta fissa la quantità di uno dei due elementi, la quantità dell'altro elemento necessaria a reagire per formare un diverso composto risulterà essere un multiplo o sottomultiplo di se stessa, in rapporti esprimibili con numeri piccoli ed interi.

26 Leggi fondamentali della chimica Dalton ( ) Legge delle proporzioni multiple Quando due elementi si combinano in modi diversi per formare diversi composti, posta fissa la quantità di uno dei due elementi, la quantità dell'altro elemento necessaria a reagire per formare un diverso composto risulterà essere un multiplo o sottomultiplo di se stessa, in rapporti esprimibili con numeri piccoli ed interi. Es. L idrogeno è nell acqua ma anche nell acqua ossigenata 2,016 32,0 18,02 2H 2(g) + O 2(g) 2H 2 O (g) 5,00 g 39,68 g 2,016 32,0 18,02 H 2(g) + O 2(g) H 2 O 2 (g) 5,00 g 79,36 g 2,48 moli 1,24 moli 2,48 moli 2,48 moli 79,36g : 39,68g = 2

27 Riassumendo 1. Scrivere la reazione chimica con formule corrette! 2. Bilanciare la reazione coefficienti stechiometrici 3. Ricordarsi la relazione tra moli e grammi n = massa (g) MM (g/mol) 4. Reagente limitante (reagente che limita la formazione dei prodotti di reazione) 5. Resa % di reazione Resa % = g realmente ottenuti g teorici x100

28 Equazioni chimiche e stechiometria 65, n = massa (g) MM (g/mol) 2 Zn (s) + O 2(g) 2 ZnO (s ) 2 mole 1 mole moli? 1 moli moli? 104g x g? 300g eccesso x g? x g? 250g eccesso 150g x g? 1 mole 3 moli moli? 100g 100g g? 155g 100g 95,3g pesati resa%

29 Equazioni chimiche e stechiometria n = massa (g) MM (g/mol) Sintesi dell ammoniaca MM , H 2(g) + N 2(g) 2NH 3(g) Rapporti stechiometrici 3 moli 1 mole 2moli Partendo da 1,5 mole eccesso moli =? Partendo da 1,5 mole 1,5 mole moli =? Partendo da 100 g g =? g =? Si isolano 500,15g resa % =? Partendo da 500 g 500 g g =? Per ottenere 130 g di NH 3 g =? g=? 130 g.

30 Equazioni chimiche e stechiometria Sintesi dell aspirina n = massa (g) MM (g/mol) MM , Acido salicilico anidride acetica aspirina acido acetico 1 mole 1 mole g =? g =? 250g eccesso g =? g =? g =? 250 g eccesso 240 g g =? 200g 200g g =? Rifare i conti considerando che l anidride acetica viene fornita al 99% con densità d =1.08 g/ml