Stechiometria delle reazioni

La stechiometria è quella parte della chimica che si occupa dello studio e del calcolo dei rapporti quantitativi, espressi in funzione del numero di moli o dei pesi, secondo cui i reagenti e i prodotti partecipano a una reazione chimica. I rapporti tra i numeri di moli sono dati dai rapporti tra i coefficienti di reazione, i rapporti in peso dai rapporti tra i prodotti dei coefficenti di reazione moltiplicati per le masse molecolari espresse in grammi dei relativi reagenti e prodotti. Per esempio, per una generica reazione

il rapporto stechiometrico espresso in moli tra il reagente A e il prodotto di reazione C è uguale ad a/c; il rapporto in peso è uguale a:

dove a e c sono i coefficienti di reazione e M_A e M_C le masse molecolari espresse in grammi delle sostanze A e C: tale rapporto indica che da a · M_A grammi del reagente A si ottengono c · M_C grammi del prodotto C.

Nel senso usuale, peraltro, i calcoli stechiometrici comprendono tutti quei calcoli che, sulla base di leggi chimico-fisiche, permettono la determinazione in termini quantitativi di specifiche proprietà dei sistemi chimici (sostanza, soluzioni, sistemi di reazione ecc.). Esempi:

1. Calcolare (a) quanti grammi di soda caustica (NaOH) supposta pura al 100% sono necessari per neutralizzare 5 g di acido solforico (H₂SO₄) e (b) quanti grammi di solfato di sodio (Na₂SO₄) si ottengono. La reazione è la seguente:

   

   
   

   Scriviamo la reazione ponendo sopra a ogni specie chimica che interessa la massa reagente (m) e sotto la massa molare (M): m

   

   
   

   M 40,07 g/mol 98,08 g/mol 142,04 g/mol

   a) Se 98,05 g di H₂SO₄ reagiscono con (40,07 · 2)g di NaOH, 5 g di H₂SO₄ reagiscono con xg di NaOH, cioè:

   98,08 g : 40,07 · 2 g = 5 g : xg xg = 4,08 g di NaOH

   b) 98,08 g : 142,04 g = 5 g : yg yg = 7,24 g di Na₂SO₄

2. Calcolare quanti grammi di calcare (CaCO₃) al 70% di purezza reagiscono con 2 g di acido cloridrico (HCl) secondo la reazione:

   

   
   

   Soluzione:

   Scriviamo la reazione ponendo sopra a ogni specie chimica che interessa la massa reagente (m) e sotto la massa molare (M):

   m

   

   
   

   M

   100,09 g : 2 · 36,46 g = xg : 2g

   xg = 2,74 g di CaCO₃ (al 100% di purezza)

   2,74 g · 100/70 = 3,91 g di CaCO₃ al 70% di purezza