Come calcolare il numero di moli per una reazione

Tutti ritengono che la chimica sia una materia estremamente affascinante, ma allo stesso tempo estremamente ostica. Infatti non è da tutti eccellere in questa materia. Molti incontrano difficoltà nel districarsi tra simboli e formule chimiche. In chimica le moli (simbolo mol) sono l'unità di misura della quantità di sostanza; in concreto, una mole di una sostanza racchiude tante entità elementari quanti sono gli atomi contenuti in 12 grammi dell'isotopo 12 del carbonio. Tale valore è noto come il numero di Avogadro, dal famoso chimico e fisico italiano. Le reazioni chimiche sono reazioni tra due o più agenti chimici in cui i legami che tengono insieme gli atomi vengono rotti e riformati. Gli atomi sono conservati, né persi né guadagnati, ma semplicemente riorganizzati. In una reazione chimica bilanciata, tutti gli atomi che compaiono sul reagente devono essere bilanciati da un numero uguale di atomi dello stesso elemento che compaiono sul prodotto finale. Di conseguenza, l'equazione è bilanciata anche in termini di massa; la massa totale dei reagenti deve essere uguale alla massa dei prodotti. Le reazioni chimiche, se completamente bilanciate, risultano tali anche rispetto alla carica elettrica, motivo per cui quando si studiano le reazioni elettrochimiche, a volte è utile scrivere anche le semi-reazioni in cui la carica elettrica è bilanciata dagli elettroni. In questa guida ci addentreremo nell'ambito delle reazioni chimiche. Cercheremo di illustrare con poche e semplici spiegazioni come calcolare il numero di moli per una reazione.

• Tavola periodica degli elementi

Per eseguire i calcoli stechiometrici è necessario disporre dell'equazione chimica corretta della reazione, grazie alla quale possiamo conoscere il numero di molecole di un prodotto che si può ottenere da un certo numero di molecole dei reagenti. Ad esempio, con 2 molecole di idrogeno (H2) e 1 molecola di ossigeno (O) possiamo ottenere 2 molecole di acqua (H2O). Se conosciamo la massa di ogni molecola, conosciamo anche la relazione tra le masse dei reagenti e dei prodotti nella reazione. Queste masse le conosciamo: si chiamano masse molecolari e si calcolano sommando le masse degli atomi che compongono le molecole e le masse atomiche. Queste si trovano in qualsiasi tavola periodica espressa in u (unità di massa atomica). Ma come possiamo immaginare, sono masse molto piccole, dell'ordine di 10 -24 g.

Poiché la massa molare della sostanza viene utilizzata per ottenere sia la quantità effettiva che la quantità teorica, il rapporto tra massa ottenuta e massa prevista è identico al rapporto tra quantità ottenuta e quantità prevista. In questo caso, la resa può essere espressa in forma percentuale. La resa percentuale è il rapporto percentuale tra la resa effettiva e la resa teorica; essa si calcola come la resa sperimentale divisa per la resa teorica, moltiplicata per 100%. Se la resa effettiva e quella teorica coincidono, la resa percentuale è del 100%. Di solito, la resa percentuale è inferiore al 100% perché la resa effettiva è spesso inferiore al valore teorico. Per esempio, possiamo calcolare la resa percentuale ottenuta sperimentalmente quando si producono 18,92 g di anidride carbonica da 15,46 g di monossido di carbonio. La quantità di monossido di carbonio presente è 15,46/28 = 0,5521 mol; la quantità di anidride carbonica dovrebbe essere 0,5521 mol; la massa di anidride carbonica prodotta dovrebbe essere 0,5521 x 44 = 24,29 g; la resa effettiva è 18,92 g/24,29 g = 0,7788 e la resa percentuale è 77,88%.

Sebbene le moli siano le unità fondamentali della quantità di sostanza, quest'ultima non viene solitamente misurata direttamente. I chimici misurano molto più frequentemente la massa di un prodotto o reagente e quindi calcolano la quantità di sostanza dalla massa molare del reagente, poiché la quantità di sostanza è il rapporto massa/massa molare (n = m / M).
Le interrelazioni tra masse e quantità sono più facilmente seguibili visivamente utilizzando una mappa concettuale. La massa di qualsiasi reagente o prodotto può essere utilizzata per calcolare la quantità di quella sostanza coinvolta; dalla quantità di tale sostanza può essere calcolata la quantità di qualsiasi altro reagente o prodotto coinvolto; e quindi, volendo, è possibile calcolare anche la massa dell'altro reagente. Tutte le quantità vengono rappresentate mediante dei coefficienti, chiamati coefficienti stechiometrici, i quali esprimono i rapporti molari con cui le sostanze protagoniste della reazione reagiscono tra di loro.

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