calcolo

1. La Stechiometria
• La stechiometria studia i rapporti quantitativi
fra le masse delle sostanze coinvolte in una reazione
chimica.
• La stechiometria di reazione indica in che rapporti
due o più sostanze reagiscono tra di loro.
• Il calcolo stechiometrico permette di calcolare
le quantità di reagenti e prodotti coinvolti in
una reazione chimica.

2. Le Equazioni Chimiche
• Un processo chimico è rappresentato da
un’equazione chimica.
• Esempio: reazione del magnesio con l’ossigeno.
Mg + O2 → MgO
• Le sostanze a sinistra della freccia sono dette reagenti.
• Le sostanze a destra della freccia sono dette prodotti.
• Un’equazione chimica bilanciata ha lo stesso tipo e numero
di atomi fra i reagenti ed i prodotti.
2 Mg + O2 → 2 MgO

3. Le Equazioni Chimiche
Si usa indicare anche lo stato fisico di reagenti e prodotti:
2 Mg(s) + O2(g) → 2 MgO(s)
(s): solido
(l): liquido
(g): gassoso
(aq): soluzione acquosa

4. Le Equazioni Chimiche
Esempio di bilanciamento: combustione del butano.
La combustione è la reazione di un composto contenente C, H
(e/o O) in eccesso di O2 per produrre CO2 e H2O.
C4H10 + O2 → CO2 + H2O
C4H10 + O2 → 4 CO2 + 5 H2O
C4H10 +
૚૜
૛
O2 → 4 CO2 + 5 H2O
2 C4H10 + 13 O2 → 8 CO2 + 10 H2O

5. Le Equazioni Chimiche
• In una reazione di combinazione due o più sostanze formano
un composto singolo.
‫ۼ‬૛(܏) + ૜ ۶૛(܏) → ૛ ‫۶ۼ‬૜(܏)
• In una reazione di decomposizione, un composto singolo
forma due o più nuove sostanze.
૛ ۹۱‫۽ܔ‬૜(‫)ܛ‬ → ૛ ۹۱‫ܔ‬(‫)ܛ‬ + ૜ ‫۽‬૛(܏)

6. Relazioni di Massa nelle Reazioni Chimiche
Una equazione chimica fornisce informazioni quantitative
sulla reazione.
Pesando reagenti e prodotti, possiamo determinare le masse
relative dei loro atomi:
2 H2O(l) → 2 H2(g) + O2(g)
36 g 4 g 32 g
Da qui possiamo ricavare che:
la massa di O è 16 volte la massa di H

7. La Scala di Massa Atomica
La scala delle masse atomiche era originariamente basata
sull’idrogeno:
1H atomo = 1 uma (unità di massa atomica, g mol-1)
16O atomo ≈ 16 uma
12C atomo ≈ 12 uma
Ora, la scala è basata sul 12C:
12C atomo = esattamente 12 uma
1H atomo = 1,0078252 uma
16O atomo = 15,9949149 uma

8. La Massa Atomica Media
La massa media di un atomo si calcola mediando sulle
abbondanze naturali dei suoi isotopi.
Esempio: Litio
6Li: 6,015 uma (7,42%)
7Li: 7,016 uma (92,58%)
Massa media =
= (6,015 uma x 0,0742) + (7,016 uma x 0,9258) =
= 6,941 uma

9. La Massa Atomica Media
La massa media di un atomo si calcola mediando sulle
abbondanze naturali dei suoi isotopi.
Esempio: Cloro
35Cl: 34,968854 uma (75,53%)
37Cl: 36,965896 uma (24,47%)
Massa media =
= (34,968854 uma x 0,7553) + (36,965896 uma x 0,2447) =
= 35,46 uma

10. La Composizione Percentuale di un Composto
Massa Percentuale degli elementi in H2O:
2 H = 2 x 1,0078 uma = 2,0156 uma
1 O = 15,9994 uma
1 H2O = 18,0150 uma
%(H) = ( 2,0156 uma / 18,0150 uma ) x 100 = 11,19%
%(O) = ( 15,9994 uma / 18,0150 uma ) x 100 = 88,81%

11. La Mole: l’Unità di Misura della Quantità di Sostanza
Un atomo di 12C pesa 1,9933 x 10-23 g
In 12 g di 12C ci sono 6,02 x 1023 atomi
(6,02 x 1023) x (1,9933 x 10-23 g) = 12 g
Una mole è costituita da 6,02 x 1023 specie chimiche.
Questo numero si chiama Numero di Avogadro (NA).
Il numero di Avogadro è stato scelto cosicché 12 grammi
esatti di 12C corrispondono a 1 mole di 12C.

12. La Massa Molare
• La massa molare di una sostanza è la massa di una mole
espressa in grammi.
• La massa molare è, in numero, uguale al peso formula in uma.
Massa media di 1 atomo di C = 12,011 uma
Massa di 1 mole di C = 12,011 g
Massa di 1 molecola di H2O = 18.015 uma
Massa di 1 mole di H2O = 18,015 g
Massa di 1 MgO = 40,304 uma
Massa di 1 mole di MgO = 40,304 g

13. Moli e Reazioni Chimiche
Invece di contare le molecole in una reazione, contiamo
le moli di molecole.
N2(g) + 3 H2(g) → 2 NH3(g)
1 mole di N2 reagisce con 3 moli di H2 per dare 2 moli di NH3
O in altre parole…
per ogni mole di N2 reagiscono 3 moli di H2
per dare 2 moli di NH3.

14. La Stechiometria
La stechiometria utilizza relazioni quantitative tra le sostanze
coinvolte in una reazione.
La stechiometria consente di calcolare le quantità
delle sostanze reagenti o dei prodotti di una reazione
a partire dalle equazioni chimiche bilanciate.
Dai coefficienti stechiometrici è possibile stabilire
le quantità di reagenti da impiegare o prevedere
le quantità di prodotti che si possono ottenere.
Numero di moli = massa / (somma delle masse atomiche)
Massa = numero di moli x (somma delle masse atomiche)

15. La Stechiometria
N2(g) + 3 H2(g) → 2 NH3(g)
1 g di N2 corrisponde a:
1 g / (2 x 14,01 uma) = 3,57 x 10-2 moli di N2
Poiché per ogni mole di N2 reagiscono 3 moli di H2:
3 x 3,57 x 10-2 moli = 1,07 x 10-1 moli di H2
(1,07 x 10-1 moli) x (2 x 1,008 uma) = 0,216 g di H2

16. La Stechiometria
N2(g) + 3 H2(g) → 2 NH3(g)
1 g di N2 corrisponde a:
1 g / (2 x 14,01 uma) = 3,57 x 10-2 moli di N2
Per fare sì che 1 g si N2 reagisca completamente per dare NH3,
servono 0,216 g di H2.
Inoltre, per ogni mole di N2 si ottengono 2 moli di NH3:
2 x 3,57 x 10-2 moli = 7,14 x 10-2 moli di NH3
(7,14 x 10-2 moli) x (3 x 1,008 uma + 14,01 uma) = 1,216 g di NH3

17. Il Reagente Limitante
Selezionare un reagente della reazione e calcolare il numero di
moli formate da ogni reagente assumendo di consumarlo tutto.
Il reagente limitante fornisce il numero più piccolo di moli
di prodotto.
Esempio. Considerare la reazione:
2 Al(s) + 3 Cl2(g) → 2 AlCl3(s)
Quante moli di AlCl3 sono formate a partire da:
• 40,0 g di Al
• 213 g di Cl2
???

18. Il Reagente Limitante
• La reazione termina quando uno dei reagenti è stato
completamente consumato.
• Il reagente che si consuma per primo è il reagente limitante.
• Gli altri reagenti sono reagenti in eccesso.

19. Il Reagente Limitante
2 Al(s) + 3 Cl2(g) → 2 AlCl3(s)
Moli iniziali di Al: 40,0 g / 26,98 uma = 1,48 moli
Moli iniziali di Cl2: 213 g / (2 x 35,45 uma) = 3,00 moli
Per formare 2 moli di AlCl3 servono:
2 moli di Al
3 moli di Cl2
1,48 moli di Al / 2 = 0,74
3,00 moli di Cl2 / 3 = 1,00
Reagente limitante!

20. La Resa
• La resa teorica di un prodotto è la quantità formata quando il
reagente limitante è stato completamente consumato.
• La resa sperimentale è la quantità di prodotto ottenuta
effettivamente nella reazione quando la si esegue
in laboratorio.
• La resa percentuale è data da:
Resa% = (resa sperimentale / resa teorica) x 100

21. La Resa
2 Al(s) + 3 Cl2(g) → 2 AlCl3(s)
Moli iniziali del reagente limitante (Al): 1,48 moli
Da 2 moli di Al si ottengono 2 moli di AlCl3
2 : 2 = 1,48 : ࢞
࢞ = (1,48 x 2) / 2 = 1,48 moli di AlCl3
g di AlCl3 = 1,48 moli x (26,98 uma + 3 x 35,45 uma) = 167,7 g
Resa teorica = 167,7 g di AlCl3

22. Problemi di Stechiometria
Il fosfato di calcio è utilizzato come fertilizzante in agricoltura.
Calcolare la quantità di CaO che reagisce con 58 g di H3PO4 per
dare Ca3(PO4)2 e acqua. Inoltre calcolare la quantità di fosfato di
calcio che si forma nella reazione. (Masse molari (g/mol):
H=1,008; P=30,97; O=15,9994; Ca=40,078).

23. Problemi di Stechiometria
Un composto ha fornito i seguenti dati analitici:
12,1% in massa: carbonio,
16,2% in massa: ossigeno,
71,7% in massa: cloro.
La massa molare è 98,9 g/mol.
Scrivere la formula molecolare del composto.

24. Problemi di Stechiometria
Per secoli gli aborigeni australiani hanno adoperato le foglie
degli eucalipti per alleviare il mal di gola e altri dolori.
L’ingrediente più attivo a tal fine è stato identificato e
denominato eucaliptolo.
L’analisi di un campione di eucaliptolo di 3,16 g ha fornito i
seguenti dati ponderali assoluti: 2,46 g di carbonio; 0,373 g di
idrogeno e 0,329 g di ossigeno.
Determinare la percentuale in massa di C, H, e O e la formula
empirica dell’eucaliptolo sapendo che le masse molari di C, H e O
sono, rispettivamente, 12,011; 1,0079 e 15,9994 g/mol.

25. Problemi di Stechiometria
Una delle rocce più comuni sulla Terra è il feldspato.
Un tipo di feldspato ha formula CaAl2Si2O8.
Quanti grammi di alluminio si possono ottenere da 1276 kg di
questa roccia?

26. Problemi di Stechiometria
Il ferro reagisce con l'ossigeno formando tre composti: FeO,
Fe2O3, e Fe3O4.
Uno di questi composti, conosciuto come magnetite, è costituito
dal 72,36% di Fe e 27,64% di O in massa.
Qual è la formula della magnetite?
(masse atomiche: Fe = 55,85; O = 15,9994 g/mol).