Reazioni chimiche: Stechiometria

Sebastiani,Soldati ,Esposito

CASO

In una reazione chimica gli atomi delle sostanze che

reagiscono, si ricombinano fra loro formando nuove

sostanze e scambiando energia; in altre parole: le

sostanze presenti all'inizio della reazione, chiamate

 reagenti, si trasformano in altre sostanze, con

caratteristiche differenti da quelle dei reagenti, che

vengono chiamati prodotti.

Nelle reazioni chimiche si considera valida la legge

di Lavoisier.Mappa

Una trasformazione fisica è una trasformazione

reversibile che non cambia la natura delle sostanze

coinvolte ma ne modifica lo stato.

Quando per esempio fondiamo un cubetto di

ghiaccio, partiamo da acqua allo stato solido e

otteniamo acqua allo stato liquido. La natura della

sostanza coinvolta quindi non varia, cioè le particelle

che la costituiscono non subiscono modificazioni.

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Antoine Lavoisier fu uno dei padri fondatori della chimica moderna perché scoprì e verificò delle leggi chimiche. Il principale contributo che Lavoisier diede alla chimica fu quello di dimostrare che , nelle reazioni chimiche , la massa dei prodotti che si formano è uguale alla massa dei reagenti che si trasformano.Questa regolarità trova espressione nella LEGGE DELLA CONSERVAZIONE, detta anche LEGGE DI LAVOISIER.

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In una reazione chimica, la somma delle masse delle sostanze di partenza è pari alla somma delle masse delle sostanze che si ottengono dalla reazione.

Un'equazione chimica descrive una reazione ponendo i reagenti con la loro formula molecolare a sinistra e i prodotti a destra. Quando si scrivono le reazioni chimiche sotto forma, si riportano i coefficienti stechiometrici, seguiti dai simboli delle sostanze coinvolte e da un pedice detto notazione.Il bilanciamento di un'equazione chimica consiste nel trovare i valori dei coefficienti stechiometrici tali da soddisfare la legge della conservazione delle masse.

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Un simbolo chimico è un'abbreviazione del nome di un elemento chimico. Tutti gli

elementi hanno un simbolo chimico di una o due lettere; alcuni degli elementi creati artificialmente possiedono un simbolo di

tre lettere.Siccome i simboli chimici sono spesso

derivati dal nome latino o greco, è possibile che non siano riconducibili facilmente al

nome italiano. Ad esempio, il simbolo chimico  del potassio è K (in latino kalium).

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Una formula chimica è una rappresentazione sintetica che descrive quali e quanti atomi vanno a comporre una molecola (o una unità minima) di una sostanza (formula bruta), nonché la loro disposizione nello spazio (formula di struttura).

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I coefficienti stechiometrici vengono posti prima di ogni formula, in modo che venga rispettato il principio di conservazione. In assenza di coefficiente si presuppone che il numero sia 1. Esprimono il numero relativo di molecole di reagenti e prodotti che partecipano alla reazione, ma possono assumere anche un significato macroscopico legato alle quantità in peso di sostanza coinvolte nella reazione.

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Si definisce reagente qualsiasi sostanza che prende parte ad una reazione chimica. i reagenti sono sostanze originarie nella composizione chimica.Col procedere della reazione, i reagenti - scritti solitamente nella parte sinistra di un'equazione chimica - si trasformano nei "prodotti di reazione" - scritti solitamente nella parte destra dell'equazione chimica.

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Una reazione chimica è una trasformazione della materia che avviene senza variazioni misurabili di massa, in cui uno o più reagenti iniziali modificano la loro struttura e composizione originaria per generare i prodotti, coinvolgendo gli elettroni esterni attraverso la formazione o la rottura dei cosiddetti legami chimici.

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Reazione tra magnesio e acido cloridrico: OBIETTIVO: determinare la massa del magnesioMATERIALI E STRUMENTI:

Filo di rame

Becher da 400 ml

asta di sostegno

spruzzetta

carta parafilm

cilindro da 50 ml sensibilità 0,1 ml

SOSTANZE:

magnesio

Acido cloridrico

REAZIONE:

Mg (s) + 2HCl (aq) ----> MgCl2 + H2 (g) magnesio acido cloridrico V=? Ml m=? dato sperimentale

SVOLGIMENTO:

Per prima cosa abbiamo tarato la buretta riempiendola d’acqua(1) fino a 50 ml (2)

1

2

Chiudiamo il rubinetto della buretta (3), con un imbuto aggiungiamo l’acido cloridrico (4) e aggiungiamo l’acqua finché non trabocca (5)

3

4

5

Prepariamo il magnesio attaccandolo al filo di rame e alla carta parafilm (6) e lo mettiamo in acqua (7)

6

7

Sigilliamo la buretta con il filo di rame (8), riempiamo d’acqua un becher (9) dove immergiamo la nostra buretta capovolta per far reagire il magnesio (10)

8

9

10

Come risultato della reazione vediamo l’Idrogeno che si raccoglie nella parte superiore della buretta (11,1/11,2/11,3), mentre il prodotto della reazione è il cloruro di magnesio

11,1 11,2 11,3

Quando finisce la reazione aspettiamo che tutto il gas salga e poi leggiamo il volume, pressione e temperatura (12)

12

Con un calcolo stechiometrico determiniamo la massa del magnesio (13)

Il termine processo chimico viene impiegato per indicare

una sequenza di una o più operazioni che realizzano la

trasformazione di sostanze chimiche.

I processi chimici si differenziano innanzitutto in:

processi chimici di laboratorio: svolti nell'ambito di

un laboratorio chimico (sviluppo fotografico).

processi chimici industriali: svolti su scala industriale ( che

ora approfondirò) : pirolisi , vulcanizzazione.

processi chimici naturali I processi chimici naturali si

realizzano in natura senza l'azione dell'uomo (tra cui

il metabolismo e la fotosintesi clorofilliana) e le reazioni

di biodegradazione.

La pirolisi (o piroscissione) è un processo di decomposizione termochimica di materiali organici, ottenuto grazie all’applicazione di calore (430°) e in completa assenza di un agente ossidante(ossigeno).Effettuando il riscaldamento in totale assenza di ossigeno,il materiale subisce la scissione dei legami chimici originari con formazione di molecole più semplici. Il calore fornito nel processo di pirolisi viene quindi utilizzato per scindere i legami chimici. Tra i principali processi pirolitici sfruttati su larga scala spiccano il trattamento termico dei rifiuti.

Il trattamento dei rifiuti, al contrario dell’inceneritore che

bruciando, libera tossine e diossina, la pirolisi sfrutta

 una combustione lenta, i rifiuti impiegano 24 ore a

carbonizzarsi. A bassa temperatura i metalli non fondono, non

c'è dispersione nei fumi e quindi i metalli restano nella cenere

prodotta e sono successivamente recuperabili e riutilizzabili

come materia prima. In questo modo si azzerano le micro

polveri e le nano polveri e diminuiscono drasticamente le

emissioni nocive che successivamente vengono abbattute

completamente nel processo di depurazione del gas emesso.

Alla fine del processo di lavaggio otteniamo gas combustibile

che viene bruciato in un generatore di elettricità. Il gas di

combustione viene poi ulteriormente filtrato in uscita.

Un’ altra funzione della pirolisi, è quella di ricavare il carbone vegetale (ottimo fertilizzante naturale), dalle biomasse.

La vulcanizzazione è un processo di lavorazione della gomma, la quale viene legata chimicamente allo zolfo mediante riscaldamento. Attraverso questo processo, inventato da Charles Goodyear , si ottiene un materiale elastico e poco rigonfiabile se tenuto a contatto con solventi organici. Oggi per "vulcanizzazione" si intende qualsiasi processo chimico, anche diverso da quello originario inventato da Goodyear, che ottenga gli stessi risultati.