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Unità B1 Rappresentare le reazioni. Unità 6 Il percorso delle idee Conversioni Rappresentare le reazioni.

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Presentazione sul tema: "Unità B1 Rappresentare le reazioni. Unità 6 Il percorso delle idee Conversioni Rappresentare le reazioni."— Transcript della presentazione:

1 Unità B1 Rappresentare le reazioni

2 Unità 6 Il percorso delle idee Conversioni Rappresentare le reazioni

3 Le reazioni chimiche sono la base di tutte le trasformazioni della materia e per rappresentarle è necessario utilizzare una scrittura appropriata. In particolare, si deve mettere in evidenza come le sostanze che si trasformano siano formate da particelle. Per rendere chiare queste informazioni, si utilizza l’equazione chimica, nella quale compaiono i simboli degli elementi o le formule dei composti che partecipano alle reazioni. Rappresentare le reazioni Le equazioni chimiche Le equazioni chimiche: come scrivere le reazioni

4 L’equazione chimica, però, fornisce solo una descrizione qualitativa della reazione. In altre parole, ci dice che cosa avviene, ma, così come l’abbiamo scritta: H 2 + Cl 2 HCl non rispetta la legge di Lavoisier: gli atomi di idrogeno, per esempio, sono due a sinistra e uno a destra e lo stesso accade per il cloro. Perché l’equazione possa rappresentare correttamente la reazione chimica, è necessario fare in modo che sia rispettato anche l’aspetto quantitativo della trasformazione: deve essere, come si dice, bilanciata. Rappresentare le reazioni Le equazioni chimiche

5 Ecco una rappresentazione schematica di alcuni esempi che possono chiarire il significato dei più importanti simboli utilizzati nella scrittura delle equazioni chimiche. Rappresentare le reazioni Le equazioni chimiche

6 Per il bilanciamento di una reazione si procede per gradi, attenendosi alle regole seguenti. 1.Scrivere le formule dei reagenti a sinistra e quelle dei prodotti a destra, separandoli con una freccia; se vi sono più reagenti o più prodotti, separare le rispettive formule con un segno “+”. 2.Contare quanti atomi di ogni elemento vi sono da entrambe le parti dell’equazione. Gruppi di atomi che compaiano inalterati prima e dopo la freccia vengono considerati come blocco unico. 3.Iniziare il bilanciamento a partire dall’elemento presente nel minor numero di composti (in genere non conviene partire da idrogeno e ossigeno) usando i necessari coefficienti stechiometrici. Rappresentare le reazioni Le equazioni chimiche

7 Il coefficiente stechiometrico è un numero intero che si pone davanti alle formule di ogni composto nelle reazioni chimiche (se vale 1 viene sottinteso). Il bilanciamento deve essere ottenuto variando solo i coefficienti e non gli indici di una formula, poiché ciò significherebbe rappresentare sostanze diverse. 4.Si procede bilanciando uno alla volta tutti gli altri elementi (o gruppi) cambiando, se necessario, soltanto i coefficienti stechiometrici. 5.Bilanciati tutti gli elementi, i coefficienti utilizzati deveono avere il valore minimo possibile; per esempio: se tutti i coefficienti sono divisibili per 2 si deve semplificare. Rappresentare le reazioni Le equazioni chimiche

8 Vediamo un altro esempio. Rappresentare le reazioni Le equazioni chimiche

9 Ancora un esempio. Rappresentare le reazioni Le equazioni chimiche

10 Massa atomica e massa molecolare Il concetto di massa atomica relativa che già conosciamo è quello che tuttora viene utilizzato, anche se l’unità di misura di riferimento è stata cambiata più volte. Dalton introdusse come massa di riferimento quella dell’atomo di idrogeno, ma successivamente Berzelius preferì ricorrere a 1/16 della massa dell’ossigeno. Questo perché il metodo utilizzato per la definizione della massa atomica di un elemento si basava sulla determinazione della quantità di esso che reagisce con l’ossigeno. È stata poi introdotta una modifica, per cui attualmente si fa riferimento al 12 C (si legge “ci dodici”), che è un particolare atomo di carbonio. Rappresentare le reazioni Unità di massa atomica

11 Quando nelle nostre tavole troviamo che la massa atomica relativa dell’azoto è 14,0067, ciò sta a significare che la massa di un atomo di azoto è 14,0067 volte 1/12 della massa di 12 C. La massa assoluta dell’azoto (massa N ) ha lo stesso valore numerico, ma è espressa in u. La differenza tra massa atomica relativa e massa atomica assoluta sta infatti proprio nelle dimensioni: la prima è adimensionale (14,0067 per l’azoto) in quanto è un rapporto, mentre la seconda è espressa in u (14,0067 u per l’azoto). La massa atomica relativa di tutti gli elementi, che d’ora in poi chiameremo per semplicità massa atomica (MA), è riportata nella slide seguente. Rappresentare le reazioni Unità di massa atomica

12 Rappresentare le reazioni Unità di massa atomica

13 La massa relativa si utilizza non solo per gli elementi, ma anche per i composti. In questo caso, è chiamata massa molecolare (MM). Rappresentare le reazioni Unità di massa atomica

14 La mole: l’unità del chimico Il bilanciamento delle reazioni è stato ottenuto descrivendo che cosa avviene a livello di atomi. L’equazione: indica che quattro atomi di ossigeno reagiscono con tre molecole di ossigeno per darne due di ossido di alluminio. Nella realtà quotidiana, però, abbiamo sempre a che fare con quantità che sono molto grandi rispetto alla scala atomica. In effetti, sarebbe impensabile ragionare in termini di atomi o di molecole anche quando si devono considerare piccole quantità di sostanza come, per esempio, il sale che usiamo per insaporire gli alimenti. È più pratico, invece, trovare il modo di contare le particelle che partecipano a una reazione indicandole attraverso la loro massa globale. Rappresentare le reazioni La mole

15 Il problema è meno complesso di quello che si può pensare. Quando si confrontano le masse di un ugual numero di atomi di due elementi, il loro rapporto rimane costante indipendentemente da quanti siano gli atomi considerati ed è anche uguale a quello esistente tra le loro masse relative. Rappresentare le reazioni La mole

16 Vale però anche la considerazione inversa: in quantità di elementi che stanno tra di loro come le loro masse relative, è presente lo stesso numero di atomi. Tale considerazione può essere estesa a tutte le sostanze pure, elementi o composti che siano. In particolare possiamo dare la definizione seguente. Questo significa che 16,00 g di ossigeno contengono lo stesso numero di particelle (atomi) che ci sono in 32,06 g di zolfo. Rappresentare le reazioni La mole

17 Il numero di particelle contenuto in ciascuna di queste masse è l’unità di misura della quantità di sostanza, la mole, che è divenuta l’unità utilizzata dai chimici. Questo significa anche che 16,00 g di ossigeno contengono lo stesso numero di particelle (molecole) che ci sono in 18,02 g di H 2 O o in 44,01 g di CO 2. Le quantità scelte si ricordano facilmente perché si ottengono esprimendo in grammi le masse atomiche o molecolari relative. Rappresentare le reazioni La mole

18 Una mole di qualunque sostanza pura contiene un numero di particelle pari a 6,022 · Rappresentare le reazioni La mole

19 Rappresentare le reazioni La mole

20 La massa molare di una sostanza permette di calcolare il numero di moli contenute in una determinata massa di quella sostanza: Alcuni composti sono formati da gruppi di atomi elettricamente carichi, gli ioni, che si attraggono. Di tali composti, detti composti ionici, non esiste pertanto una molecola e la loro formula, chiamata formula minima, indica solo il rapporto tra le quantità di atomi degli elementi presenti in un qualsiasi loro campione. Per esempio, la formula del cloruro di sodio, NaCl, non descrive una molecola, ma indica che in qualsiasi porzione di tale sostanza vi è sempre un rapporto 1:1 tra ioni Na + e ioni Cl –. Per i calcoli chimici, NaCl è considerata la particella di base del cloruro di sodio e, poiché non rappresenta una molecola, è chiamata unità formula. Rappresentare le reazioni La mole

21 Il termine mole, che deriva dal latino e significa “massa di cose, mucchio”, indica dunque un ben preciso numero di particelle, atomi o molecole che siano. Così come “dozzina” significa 12 e “risma” significa 500, analogamente “mole” significa 6,022 ∙ Contrariamente a quanto si può pensare, tale valore non fu trovato da Avogadro, ma venne dedicato a lui perché ricavato da misure sui gas al cui comportamento il chimico piemontese aveva dedicato i propri studi. Il numero di Avogadro è enorme, pari a circa miliardi di miliardi… Rappresentare le reazioni Il numero di Avogadro

22 oppure… Rappresentare le reazioni Il numero di Avogadro

23 Per lo stesso motivo, nei gas si deve anche verificare che un ugual numero di molecole, indipendentemente dal numero di atomi di cui sono formate, occupino un volume identico. Di fatto, si è verificato sperimentalmente che una mole di qualsiasi gas occupa sempre lo stesso volume se i campioni vengono misurati nelle stesse condizioni di temperatura e pressione. Il volume molare dei gas: uno spazio uguale per tutti Dal principio di Avogadro sappiamo che volumi uguali di gas diversi, in condizioni uguali di temperatura e pressione, contengono lo stesso numero di molecole. Rappresentare le reazioni Il volume molare

24 Il volume molare lega il volume occupato da un certo gas e le moli in esso contenute. In particolare, a condizioni normali, si ha: Dette condizioni normali (c.n.) la temperatura di 0 °C e la pressione di 1 atm, possiamo dare la seguente definizione: Rappresentare le reazioni Il volume molare

25 Riassumiamo schematicamente tutte le considerazioni svolte, sottolineando che le relazioni tra il volume di un gas, la sua massa e il numero delle particelle di cui è costituito, passano tutte attraverso il riferimento alle moli che lo compongono. Rappresentare le reazioni Conversioni

26 Rappresentare le reazioni Conversioni

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29 Rappresentare le reazioni Conversioni

30 Rappresentare le reazioni Equazioni e calcoli Una equazione bilanciata ci consente di ricavare importanti informazioni quantitative. 1.Particelle. L’equazione scritta indica che una molecola di idrogeno reagisce con una molecola di cloro per dare due molecole di acido cloridrico. Più in generale, come già sappiamo: Calcoli stechiometrici

31 Rappresentare le reazioni 2. Moli. Poiché i coefficienti stechiometrici indicano un rapporto, esso resta valido anche se i loro valori vengono moltiplicati per uno stesso numero. In particolare, l’equazione considerata è valida anche se si fanno reagire 6,022 · molecole (una mole) di idrogeno con 6,022 · molecole (una mole) di cloro. In tal caso si ottengono 2 · 6,022 · molecole (due moli) di HCl. In altre parole: Calcoli stechiometrici

32 Rappresentare le reazioni 3. Masse. Abbiamo visto che la mole di una qualsiasi sostanza è stata scelta in modo che la sua massa in grammi sia numericamente uguale alla massa molecolare della sostanza. Grazie a questa caratteristica: Grazie a questa caratteristica: Calcoli stechiometrici

33 Rappresentare le reazioni 4.Volumi. Nella reazione esaminata, i reagenti e i prodotti sono in fase gassosa. Sappiamo dal Principio di Avogadro che uno stesso numero di molecole, anche se di natura diversa, occupa un uguale volume se si trova alle stesse condizioni di temperatura e pressione. Grazie a questa particolarità, tra i volumi di reagenti e prodotti, purché si trovino allo stato gassoso, esiste lo stesso rapporto che si ha tra le moli: Calcoli stechiometrici

34 Rappresentare le reazioni Le informazioni che sono contenute in un’equazione chimica bilanciata sono fondamentali per determinare le quantità delle sostanze che partecipano o che vengono prodotte nella reazione chimica da essa descritta. Il termine “stechiometria” viene dal greco stoikheîon, “elemento” e -metría, “misura”: “misura degli elementi”. I calcoli stechiometrici sono infatti utilizzati in ogni situazione in cui sono importanti le quantità implicate nelle reazioni chimiche utilizzate, sia in ambito analitico, sia nel campo della produzione industriale. Calcoli stechiometrici

35 Rappresentare le reazioni Quando è nota, per esempio, la massa di uno dei reagenti, con i calcoli stechiometrici è possibile determinare la massa necessaria degli altri reagenti e le masse dei prodotti che si ottengono. Il procedimento è delineato schematicamente nella slide successiva. Calcoli stechiometrici

36 Rappresentare le reazioni 1. Si bilancia la reazione introducendo i necessari coefficienti stechiometrici. 2. Si calcolano le moli del reagente disponibile a partire dalla sua massa e dalla sua massa molare. 3. Si calcolano le moli della sostanza cercata basandosi sui rapporti molari indicati dai coefficienti stechiometrici. La proporzione da impostare è semplice: moli 1 :moli 2 =coefficiente 1 : coefficiente 2 dove 1 e 2 sono le sostanze, di cui si conoscono o, rispettivamente, si vogliono sapere le moli. 4. Si convertono in grammi le moli trovate utilizzando la massa molare (MM) della sostanza cercata. Calcoli stechiometrici

37 Rappresentare le reazioni Calcoli stechiometrici

38 Rappresentare le reazioni Calcoli stechiometrici


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