4.1
Consideriamo una reazione chimica equilibrata, come la combustione dell'idrogeno gassoso. Qui, la relazione quantitativa fra i reagenti e i prodotti H_2, O_2 e H_2O è data dal fatto che 2 molecole di H_2 reagiscono con una molecola di O_2 per produrre 2 molecole di H_2O. Questa relazione quantitativa è nota come stechiometria ed è simile in qualsiasi reazione.
Immaginate di utilizzare 2 fette di salame, 1 fetta di formaggio, e 2 pezzi di pane arabo per fare 1 panino. Per fare tre panini, le quantità degli ingredienti vengono triplicate. Quanti panini si possono fare con 10 fette di salame?
Poiché il rapporto tra salame e panini è di due a uno, è possibile preparare 5 panini. Questo stesso processo viene applicato alle reazioni chimiche. Per esempio, considerate la sintesi dell'ammoniaca.
I coefficienti stechiometrici indicano direttamente il numero relativo di molecole, che è equivalente alle quantità relative in moli. Una mole di gas azoto e tre moli di gas idrogeno reagiscono per formare due moli di ammoniaca. Per ottenere quattro moli di ammoniaca, le quantità di reagenti vengono raddoppiate.
Il rapporto molare tra azoto gassoso e ammoniaca è uno a due, mentre quello tra idrogeno gassoso e ammoniaca è tre a due. Se ci sono 15 moli di idrogeno, quante moli di ammoniaca possono essere sintetizzate? Utilizzando il rapporto molare come fattore di conversione, è possibile sintetizzare 10 moli di ammoniaca.
Per differenziare la massa di un reagente dalla massa del prodotto, o viceversa, viene seguito un calcolo. A differenza delle conversioni in moli, i calcoli che coinvolgono la massa non sono diretti. Innanzitutto, la massa nota viene convertita in moli.
Poi, viene applicato il rapporto molare. Infine, la quantità in moli viene convertita in massa utilizzando la massa molare del relativo composto. Per esempio, considerate la combustione di un propellente per razzi idrocarburi, cioè la sua reazione con l'ossigeno.
Quanti grammi di ossigeno liquido sono approssimativamente necessari per ogni 5.000 grammi di carburante? Innanzitutto, la massa molare approssimativa del carburante viene utilizzata per convertire 5.000 grammi in moli. Quindi, il rapporto molare di 35 a 2 viene applicato per calcolare la quantità necessaria in moli di ossigeno molecolare.
Infine, la massa molare dell'ossigeno molecolare viene utilizzata per determinare che il veicolo spaziale deve immagazzinare circa 17, 000 grammi di ossigeno a bordo per ogni 5, 000 grammi di carburante.
Un'equazione chimica bilanciata fornisce una grande quantit di informazioni in un formato molto conciso. Le formule chimiche forniscono le identit dei…
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