Bilanciamento delle reazioni chimiche

Bilanciamento delle reazioni chimiche

Le equazioni chimiche sono la rappresentazione simbolica delle reazioni chimiche, cioè dei processi in cui una o più sostanze, dette reagenti, si trasformano in altre, dette prodotti di reazione.

Un'equazione in cui compaiano a sinistra del segno di reazione ( ) le formule dei reagenti e a destra le formule dei prodotti di reazione, ha solamente significato qualitativo.

Affinché la reazione acquisti anche un significato quantitativo, in modo da permettere il calcolo delle quantità delle sostanze che partecipano alla reazione, è necessario che la reazione venga bilanciata.

Bilanciare una reazione significa porre dinanzi alla formula di ciascuna sostanza un numero, detto coefficiente stechiometrico, in modo che ogni elemento compaia a destra e a sinistra del segno di reazione con lo stesso numero di atomi (bilancio di massa) e venga così soddisfatto il principio di conservazione della massa.

Per bilanciare una reazione non vi sono regole precise, ma in genere è opportuno seguire i seguenti criteri:

1) Si bilancia inizialmente un elemento che non sia l'idrogeno o l'ossigeno.

2) se bilanciando tale elemento si modifica qualche altro elemento, si procede subito al suo bilanciamento

3) bilanciati tutti gli elementi, si procede a bilanciare l'idrogeno ed infine l'ossigeno

Bilanciamo ad esempio la seguente reazione

Fe₂(CO₃)₃ + HNO₃ Fe(NO₃)₃ + H₂CO₃

Iniziamo bilanciando il ferro:

poiché vi è un atomo di ferro tra i prodotti di reazione e 2 tra i  reagenti, moltiplichiamo per 2 il nitrato ferrico ponendogli davanti un coefficiente '2'.

Fe₂(CO₃)₃ + HNO₃ 2Fe(NO₃)₃ + H₂CO₃

in tal modo abbiamo modificato anche il numero di atomi di azoto tra i prodotti di reazione che ora sono 6. Poiché tra i reagenti vi è un solo atomo di azoto, poniamo un coefficiente '6' davanti all'acido nitrico

Fe₂(CO₃)₃ + 6HNO₃ 2Fe(NO₃)₃ + H₂CO₃

Ora sia il ferro che l'azoto sono bilanciati. Bilanciamo il carbonio. Vi sono 3 atomi di carbonio tra i reagenti e 1 tra i prodotti di reazione. Poniamo quindi un coefficiente '3' davanti all'acido carbonico

Fe₂(CO₃)₃ + 6HNO₃ 2Fe(NO₃)₃ + 3H₂CO₃

Verifichiamo l'idrogeno. 6 atomi tra i reagenti, 6 atomi tra i prodotti di reazione. L'idrogeno è bilanciato.

Verifichiamo l'ossigeno. 27 atomi tra i reagenti, 27 tra i prodotti di reazione. L'equazione è bilanciata!

Una volta che l'equazione è bilanciata siamo in grado di effettuare considerazioni di tipo quantitativo sulla reazione.

Nel caso della reazione appena bilanciata possiamo ad esempio affermare che una molecola di carbonato ferrico Fe₂(CO₃)₃ necessita di 6 molecole di acido nitrico HNO₃ per reagire e che da tale reazione si producono 2 molecole di nitrato ferrico Fe(NO₃)₃ e 3 di acido carbonico H₂CO₃.

Inoltre, a seguito della proporzionalità esistente tra numero di molecole e numero di moli, i coefficienti stechiometrici rappresentano contemporaneamente anche il numero di moli di ciascuna sostanza, coinvolte nella reazione chimica.

Ciò è fondamentale poiché ci permette di trasformare i rapporti numerici in proporzioni ponderali, consentendoci di calcolare le quantità in peso che partecipano alle reazioni chimiche.

Ad esempio, dopo aver calcolato il peso molare delle diverse specie chimiche,

      

possiamo calcolare quanti grammi di ciascun composto partecipano alla reazione chimica, moltiplicando il peso molare di ciascuno per il numero di moli con cui ciascuna sostanza compare nella reazione.

Possiamo in definitiva affermare che 292 g di carbonato ferrico (1 mole x 292 g/mol) reagiscono con 378 g di acido nitrico (6 moli x 63 g/mol) per dare 484 g di nitrato ferrico (2 moli x 242 g/mol) e 186 g di acido carbonico (3 moli x 62 g/mol).