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3.10:

Equazioni chimiche

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Chemistry
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Chemical Equations

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Le reazioni chimiche comportano trasformazioni chimiche di una o più sostanze in materiali diversi. Una reazione è convenzionalmente rappresentata usando un’equazione chimica, che utilizza formule chimiche per rappresentare atomi, molecole o composti coinvolti. Le sostanze presenti all’inizio di una reazione e consumate durante il processo sono chiamate reagenti.I reagenti sono specificati sul lato sinistro dell’equazione. Le sostanze che si formano durante la reazione sono chiamate prodotti, e sono indicate sul lato destro dell’equazione. Una freccia che separa i reagenti e i prodotti mostra la direzione della reazione.I diversi stati della materia sono rappresentati utilizzando abbreviazioni fra parentesi. Una reazione chimica segue la legge di conservazione della massa, in cui vengono conservate le masse totali di tutti gli elementi partecipanti. Pertanto, il numero cumulativo di atomi di ciascun elemento corrisponderà sia nei reagenti che nei prodotti.Le equazioni chimiche vengono bilanciate utilizzando coefficienti numerici per riflettere il numero effettivo di atomi coinvolti nella reazione. È importante modificare solo i coefficienti numerici, e non i pedici numerici, che definiscono l’identità di un composto bilanciando qualsiasi equazione chimica. Le linee guida generali aiutano ad illustrare e regolare un’equazione chimica in modo efficiente.Per esempio, la combustione dell’acido benzoico liquido, che forma anidride carbonica gassosa e acqua, è rappresentata inizialmente utilizzando un’equazione chimica scheletrica. Gli atomi vengono successivamente bilanciati regolando prima quelli all’interno dei composti, seguiti dagli atomi degli elementi liberi. L’inclusione dei coefficienti sette e tre prima delle formule per l’anidride carbonica e l’acqua bilancia gli atomi di carbonio e idrogeno.Un coefficiente frazionario di quindici per due regola gli atomi di ossigeno. I coefficienti frazionari vengono convertiti in numeri interi moltiplicando l’equazione completa per il denominatore. Il numero collettivo di atomi di ciascun elemento è uguale su entrambi i lati in un’equazione bilanciata.Nelle equazioni chimiche che rappresentano reazioni che coinvolgono composti ionici, i cationi vengono bilanciati per primi, seguiti dagli anioni. Gli ioni poliatomici sono sempre bilanciati come unità. Per esempio, il solfato di alluminio acquoso reagisce con l’idrossido di calcio acquoso, formando idrossido di alluminio solido e solfato di calcio solido.Utilizzando un’equazione scheletrica, i cationi di alluminio e calcio vengono bilanciati, seguiti dagli anioni dell’idrossido poliatomico e degli ioni solfato. Infine, i coefficienti vengono adeguati per ottenere un’equazione complessiva equilibrata.

3.10:

Equazioni chimiche

Le equazioni chimiche rappresentano le identità e le quantità relative di sostanze coinvolte in una reazione chimica. Le sostanze in reazione sono chiamate reagenti e le loro formule sono poste sul lato sinistro dell’equazione. Le sostanze generate dalla reazione sono chiamate prodotti e le loro formule sono poste sul lato destro dell’equazione. Più segni (+) separano le singole formule reagenti e prodotto, e una freccia (→) separa i lati reagente e prodotto (sinistra e destra) dell’equazione. Il numero relativo di specie reagenti e di prodotto è rappresentato da coefficienti numerici, posizionati immediatamente a sinistra di ogni formula. Un coefficiente di 1 in genere non è mostrato di solito. I più piccoli coefficienti di numero intero possibili sono comunemente usati in un’equazione chimica, e sono interpretati come rapporti. Ad esempio, metano e ossigeno reagiscono alla resa di anidride carbonica e acqua in un rapporto 1:2:1:2.

Eq1

Il rapporto indica che i più piccoli coefficienti possibili di metano, ossigeno, anidride carbonica e acqua sono rispettivamente 1, 2, 1 e 2. I coefficienti possono essere interpretati per quanto riguarda qualsiasi unità di quantità (numero), e quindi questa equazione può essere correttamente letta in molti modi, tra cui:

i. Una molecola di metano e due molecole di ossigeno reagiscono per produrre una molecola di anidride carbonica e due molecole d’acqua.

ii. Una talpa di molecole di metano e 2 talpe di molecole di ossigeno reagiscono per produrre 1 talpa di molecole di anidride carbonica e 2 talpe di molecole d’acqua.

Gli stati fisici dei reagenti e dei prodotti nelle equazioni chimiche molto spesso sono indicati con un’abbreviazione parentetica che segue le formule. Le abbreviazioni standard includono ‘s‘ per i solidi, ‘l‘ per i liquidi, ‘g‘ per i gas, e ‘aq‘ per le sostanze sciolte in acqua.

Equazioni di bilanciamento

In un’equazione equilibrata, il numero di atomi per ogni elemento coinvolto nella reazione è lo stesso sul lato reagente e prodotto, soddisfacendo così la legge di conservazione della materia. Un’equazione bilanciata può essere confermata aggiungendo il numero di atomi su entrambi i lati della freccia e confrontando queste somme per assicurarsi che siano uguali. Si noti che il numero di atomi per un dato elemento viene calcolato moltiplicando il coefficiente di qualsiasi formula contenente tale elemento per il pedice dell’elemento nella formula. Se un elemento appare in più di una formula su un dato lato dell’equazione, il numero di atomi rappresentati in ciascuno deve essere calcolato e quindi sommato.

Per bilanciare l’equazione, i coefficienti dell’equazione possono essere modificati in base alle esigenze. A volte è conveniente usare frazioni invece di interi come coefficienti intermedi nel processo di bilanciamento di un’equazione chimica. Quando si ottiene un equilibrio, tutti i coefficienti dell’equazione possono quindi essere moltiplicati per un numero intero per convertire i coefficienti frazionari in interi senza sconvolgere il bilancio atomico.

Ad esempio, la reazione dell’etano (C2H 6 ) con ossigeno produce acqua eanidridecarbonica, che può essere rappresentata dalla seguente equazione squilibrata:

Eq2

L’equazione sbilanciata contiene:

Atomi Reagente Prodotto Equilibrato?
C 2 1 No
H 6 2 No
O 2 3 No

Per bilanciare il numero di atomi di carbonio e atomi di idrogeno, moltiplicare CO2 per il coefficiente 2 e moltiplicare H2O rispettivamente per il coefficiente 3. Questo cambia il numero totale di atomi di ossigeno sul prodotto in 7. Per bilanciare il numero di atomi di ossigeno, moltiplicare l’ossigeno per il coefficiente frazionato 7/2. Questo bilanciamento iniziale degli atomi di carbonio, idrogeno e ossigeno modificando i coefficienti per reagenti e prodotti, fornisce l’equazione provvisoriamente bilanciata:

Eq3

Un’equazione bilanciata convenzionale con coefficienti solo interi è derivata moltiplicando ogni coefficiente per 2, per generare l’equazione:

Eq4

Questo testo è adattato da Openstax, Chemistry 2e, Section 4.1: Writing and Balancing Chemical Equations.