Come determinare la composizione percentuale di un composto chimico

tramite: O2O
Difficoltà: media
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Introduzione

La chimica è una materia piuttosto interessante ma anche molto complicata e di difficile apprendimento se non si è portati. Per impararla al meglio occorrono moltissimi anni e tanto studio, unito a della pratica costante. Ma affinché lo studio porti i suoi frutti è bene partire da delle basi solide e chiare. Per molti la chimica è una materia difficile e noiosa, ma se approfondita come si deve si rivelerà una fonte inesauribile di divertimento.
Ma vediamo di approfondire alcuni temi che ci saranno utili in futuro attraverso i passi successivi.
Come ci insegna la chimica, ogni composto è caratterizzato da una formula chimica bruta o grezza ben precisa che mette in evidenza il rapporto con cui si combinano gli atomi che costituiscono quel composto. Poiché ad ogni specie atomica corrisponde una precisa massa, è possibile calcolare la percentuale in massa di ciascun elemento presente nel composto: i dati ottenuti costituiscono la composizione percentuale di quel composto. Se si farà poi il il rapporto tra le composizioni percentuali degli elementi presenti in un composto, si riuscirà a trovare il rapporto di combinazione, definito e costante, tra le masse degli elementi stessi in accorso con la legge ponderale di Proust (la legge delle proporzioni definite che afferma che in un composto chimico gli elementi che lo costituiscono sono sempre presenti in rapporti in massa costanti e definiti).
Si può quindi dire che la composizione percentuale torna utile per determinare la massa effettiva di un elemento presente in una data massa di composto, ma anche per trovare la formula minima (o empirica, cioè il rapporto di combinazione minimo con cui gli atomi si legano per formare un composto) e la formula molecolare. In questa guida vedremo più in dettaglio come determinare la composizione percentuale di un composto chimico, attraverso pochi e semplici passaggi. Mettiamoci all'opera.

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Occorrente

  • dati
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Per fare più chiarezza con quanto esposto sopra, farei subito un esempio di come trovare la composizione percentuale.
Se un problema vi chiedesse di calcolare la composizione percentuale degli elementi nel fluoruro di calcio (CaF2), voi dovreste agire così:
_1 trovare nella tavola periodica la massa atomica di calcio (40,08u) e fluoro (19,00u), per poi calcolare il peso formula (che è uguale alla massa molecolare però è espresso in u) del fluoruro di calcio = 40.08u + (2 x 19,00u) = 78,08u
_2 impostare una proporzione per determinare le composizioni percentuali degli elementi:
Massa Atomica Ca: Massa Molecolare CaF2 = x : 100
%Ca = 51,33%, la percentuale del fluoro si potrà calcolare come differenza al 100%
Altro esempio: Se un problema vi chiedesse di calcolare la massa di carbonio contenuta in 45,8g di Na2CO3 (carbonato di sodio), agiremmo così:
_1 si calcolerà sempre la massa molecolare del composto, che in questo caso torna 105,99u
_2 si calcolerà ancora la percentuale nel composto del carbonio, che in questo caso è del 11,33%
_3 sapendo quindi che la massa del carbonio corrisponde all 11,33% del totale, con una proporzione si troverà la sua massa:
massa Carbonio: massa Na2CO3 = 11,33 : 100
La massa del carbonio corrisponderà quindi a 5,19g.

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Per calcolare la formula minima con l'ausilio della composizione percentuale, dovremmo svolgere un'operazione chiamata analisi, che può essere qualitativa (se ci dice la natura degli atomi componenti) o quantitativa (se indica anche il loro numero); lo strumento più utile per analizzare un campione è lo spettrometro di massa, che è capace di dirci le percentuali in massa dei vari elementi che costituiscono il campione.
Per calcolare la formula minima occorre seguire 4 passaggi
_1 scrivere la massa m in grammi di ciascun elemento presenti in 100g di composto;
_2 calcolare il numero di moli (n) di ciascun elemento;
_3 tra i valori ottenuti scegliere il numero di moli più piccolo e dividerlo per gli altri numeri di moli ottenuti: i numeri interi che si otterranno rappresentano gli indici numerici della formula;
_4 scrivere il rispettivo indice di ciascun elemento.
Un esempio pratico è mostrato nell'immagine.

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Non sempre la formula minima riesce a descrivere in modo esauriente la molecola, e questo si può vedere in molti composti che il carbonio forma con l'ossigeno e che infatti presentano la stessa formula minima ma che hanno formule moleolari molto diverse tra loro (vedi l'immagine per capire meglio).
Per risalire alla formula molecolare di un composto è necessario conoscere anche la sua massa molecolare, che deve essere però determinata per via sperimentale.
Tramite un esempio si può meglio comprendere il procedimento usato per determinare la formula molecolare di un composto:
Dall analisi di un composto di ricava la seguente composizione percentuale:
C = 92,2% e H = 7,8%
dopo aver trovato la formula minima determinare la formula molecolare sapendo che la massa molecolare è 78,12u:
_1 dato che le percentuali equivalgono ai grammi di ciascun elemento contenuti in 100g di campione, si ricava il numero di moli dividendo la massa in grammi per la massa molare (nC = 7,7 mol; nH = 7,7 mol);
_2 la formula minima del composto sarà quindi CH, ma calcolando la sua massa molecolare (= 13,02u) si nota che essa non è uguale al dato sperimentale datoci dal testo (ovvero 78,12u);
_3 per trovare la formula molecolare sarà quindi sufficiente dividere il dato sperimentale per la massa della formula miniima (78,12u : 13,02u = 6); in questo modo si ottiene il numero per il quale vanno moltiplicati tutti gli elementi della formula minima per ottenere quella molecolare: C6H6.
Il composto in questione è il benzene, con formula minima CH e formula molecolare C6H6.
Determinare la percentuale di un composto chimico non è semplice se non si sa come fare. Per impararlo ed iniziare ad avere occhio è necessaria moltissima pratica, senza la quale la sola teoria non potrebbe bastare. Seguendo le indicazioni d questa guida ed approfondendo il discorso su qualche libro specifico, magari anche facendosi aiutare da un professore, imparare a calcolare la percentuale esatta diventerà molto più semplice, ed eviterete così gravi errori. Non mi resta quindi che augurarvi buono studio e buona fortuna, sperando che riusciate a divertirvi con questa splendida materia.
Alla prossima.

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