Come calcolare i coefficienti stechiometrici di una reazione chimica

All'interno di questa breve guida vi illustrerò, con molta attenzione e cura, come riuscire ad calcolare i coefficienti stechiometrici di una determinata reazione chimica. Tale operazione, chiamata anche bilanciamento di una reazione chimica, viene eseguita a livello del tutto teorico, senza esperimenti o test pratici. Si tratta di un problema abbastanza comune negli esercizi di chimica liceale, per questo motivo comprenderne bene le dinamiche vi aprirà le porte della maggioranza degli argomenti trattati da tale materia. Nei successivi passi, cercherò di spiegarvi come fare per riuscire a risolvere dei semplici problemi di stechiometria. Iniziamo!

• Carta e penna
• Basi generali di chimica

Innanzitutto, ammettiamo di voler calcolare i coefficienti stechiometrici di una certa reazione chimica come ad esempio C "più" H2----]CH4: ovviamente, questa è la formula grezza che indica solo quegli elementi che partecipano a questa reazione chimica, senza sapere così quante molecole di C e quante di H2 reagiscono durante questo processo chimico. Quindi, per poter calcolare quali sono i coefficienti stechiometrici, dovrete riscrivere la formula in quest'altro modo:
(a) C "più" (b) H2----](c) CH4, in cui a, b e c sono i rispettivi coefficienti stechiometrici delle molecole ancora ignoti. La formula appena descritta prende il nome di formula specifica e, grazie ai componenti che abbiamo aggiunto, ci permette di avere un quadro più completo di cosa sta avvenendo nella nostra reazione.

La formula nuova va letta così: ad "a" molecole di C nei reagenti, devono corrispondere "c" molecole di C nei prodotti come a "b" molecole di H2 nei reagenti, devono corrispondere "c" molecole di H4 nei prodotti. Ovviamente se gli elementi chimici sono più di quelli di questa formula, potrete utilizzare anche altre lettere, magari in ordine alfabetico. Adesso potrete impostare un piccolo sistema matematico con 3 incognite, molto semplice da risolvere: a=c (ad "a" molecole di C dei reagenti devono corrispondere "c" molecole di C dei prodotti); 2b=4c (a "b" molecole di H2 dei reagenti corrispondono "c" molecole di H4 nei prodotti). Come avrete notato, il risultato non è b=c perché l'idrogeno è un elemento biatomico. Fate molta attenzione agli elementi biatomici in quanto possono creare alcune difficoltà nei calcoli.

In questa formula, infatti, ci sono 2 atomi di idrogeno moltiplicati per "b" nei reagenti e 4 atomi di idrogeno moltiplicati per "c" nei prodotti. A questo punto, dovrete dare ad "a" un valore generico (di solito è pari a 1), dopodiché dovrete risolvere il sistema che diventa: a=1 ma anche c=1, perché a=c e di conseguenza b=2. Scritto in maniera differente, il sistema diventa il seguente: a=1 b=2 c=1. Adesso che conoscete tutti e tre i coefficienti stechiometrici di questa reazione, potrete sostituire i valori ottenuti con le lettere inserite al posto dei reali valori e cioè: C "più" 2H2----]CH4. Ora l'equazione è perfettamente bilanciata ed è nella cosiddetta "forma minima", ovvero nella forma principale. Come avete visto il calcolo non è impossibile, anzi. Si tratta, in conclusione, di risolvere un semplice sistema lineare di tre equazioni in tre incognite. Se avete trovato difficoltà di comprensione in quanto detto, vi consiglio di dare una ripassata veloce ai concetti generali di chimica inorganica dal vostro libro di testo o dal link che verrò lasciato in fondo a questo articolo. Buono studio!

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