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Si vogliano
scrivere e bilanciare le reazioni necessarie per ottenere un sale
ternario, partendo da un metallo e da un non-metallo.
Ammettiamo che il non-metallo sia Cloro perclorico (Cl+7) e il metallo sia
Cromo (Cr+3).
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L'esercizio va svolto facendo riferimento allo
schema generale delle reazioni
che conducono alla formazione del sale ternario, partendo da metallo e non metallo;
- il metallo dà, per reazione con Ossigeno, l'ossido: nel caso in esame
Ossido di Cromo;
- l'ossido di Cromo ottenuto vien fatto reagire con acqua, ottenendosi l'Idrossido di Cromo;
- il non metallo dà, per reazione con Ossigeno, l'anidride;nel caso in esame
Anidride Perclorica;
- l'Anidride Perclorica ottenuta forma, fatta reagire con acqua, l'Acido Perclorico;
- infine il sale, vale a dire il Perclorato di Cromo si sintetizza per reazione diretta tra idrossido e ossiacido.
Nello schema a lato, qui a destra, è riportato quanto detto.
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Cromo |
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Cloro |
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+O2 |
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+O2 |
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Ossido di Cromo |
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Anidride Perclorica |
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+H2O |
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+H2O |
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Idrossido di Cromo |
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Acido Perclorico |
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Pareggiando le valenze tra Cloro perclorico (Cl+7) e Ossigeno (O-2) ricaviamo la formula
dell'Anidride perclorica; pareggiando le valenze tra Cromo (Cr+3) e
Ossigeno (O-2) ricaviamo la formula dell'Ossido di Cromo;
il pareggiamento si raggiunge a +14 | -14 per l' Anidride perclorica e a +6 | -6 per l'Ossido di Cromo.
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Cl+7 | O-2 |
Cl+7 | O-2 |
| O-2 |
| O-2 |
| O-2 |
| O-2 |
| O-2 |
+14 | -14 |
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Per l'Anidride perclorica si ottiene: Cl2O7;
e per l'Ossido di cromo si ha: Cr2O3
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A questo punto scriviamo e bilanciamo le reazioni di ottenimento dei 2 composti trovati, iniziando con l'Anidride perclorica:
2Cl2 + 7O2 2Cl2O7
e continuando con l'Ossido di Cromo:
4Cr + 3O2 2Cr2O3
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scriviamo la reazione di ottenimento dell'Acido Perclorico:
Cl2O7 + H2O 2HClO4
e pareggiamo le valenze tra Cr+3 e OH- per ricavarci la formula dell'Idrossido di Cromo:
ottenendosi la formula Cr(OH)3 mentre la corrispondente reazione, opportunamente bilanciata, è:
Cr2O3 + 3H2O 2Cr(OH)3
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Abbiamo così sia la formula dell'Acido Perclorico, sia quella
dell'Idrossido di Cromo,
e possiamo scrivere la reazione tra i due.
Per potersi ricavare i prodotti di reazione e le
loro formule, occorre tener presente come si "dissociano" l'acido Perclorico e l'idrossido di Cromo:
il primo, cioè l'acido, libera ioni idrogeno H+ il secondo, cioè l'idrossido, libera ioni ossidrili OH-,
e contemporaneamente si forma lo ione negativo PERCLORATO ClO4-,
che da' il nome al sale; per cui si può scrivere il seguente schema di dissociazione:
HClO4 + Cr(OH)3
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H+ | | ClO4- |
Cr+3 | OH- |
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| OH- |
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| OH- |
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H2O |
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e così si capisce facilmente che gli ioni idrogeno H+ si legano 1:1 agli ioni ossidrili OH- per formare H2O, cioè Acqua; e il catione Cr+3
si lega all'anione Perclorato ClO4- per dare il sale Perclorato di Cromo, pareggiando le valenze:
Cr+3 | ClO4- |
| ClO4- |
| ClO4- |
+3 | -3 |
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Per il Perclorato di Cromo
si ottiene allora la formula: Cr(ClO4)3
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e per finire, si ha la seguente reazione già opportunamente bilanciata:
3 HClO4 + Cr(OH)3 Cr(ClO4)3 + 3H2O
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Passiamo ora alla parte numerico-stechiometrica dell'esercizio, calcolando quanto sale si forma se è nota la quantità di
acido o di idrossido messa a reagire.
Supponiamo di mettere a reagire 1,27 g di acido Perclorico con una quantità in eccesso
di idrossido di Cromo; calcolare la quantità in grammi di Perclorato di
cromo che si forma se l'acido reagisce completamente.
Se sappiamo che l'acido messo a reagire ammonta a 1,27 g, ci deve essere un modo per calcolare la quantità di sale che si
forma: è ragionevole pensare che le varie quantità reagiscano in modo proporzionale tra loro (ed è quello che afferma la
legge empirica delle proporzioni definite e costanti di Proust).
Impostando quindi una proporzione è possibile passare dalla quantità di Acido messa a reagire, alla quantità di
sale che si forma; una complicazione consiste nel fatto che le quantità devono essere espresse in MOLI
e non in grammi.
Cosa si utilizza per impostare la proporzione? Si usano i
coefficienti stechiometrici di reazione delle sostanze considerate, cioè i
coefficienti numerici che compaiono nella reazione bilanciata davanti alle sostanze coinvolte nel calcolo; nel nostro
caso le sostanze sono per ipotesi
l'acido Perclorico e l'Idrossido Cromico e i coefficienti, intesi come quantità
espresse in moli, sono 3 per l'acido Perclorico e 1, sottinteso, per il Perclorato di cromo.
In ragione di questo si ha
3 : 1
chiamato
RAPPORTO TEORICO MOLARE DI REAZIONE
e questo significa che se si mettessero (ecco perchè TEORICO) a reagire 3 moli di acido,
si formerebbe da esse 1 mole di sale.
In realtà le moli di acido messe a reagire sono quelle corrispondenti a mHClO4 = 1,27 grammi
e possono essere calcolate, sapendo la massa, con la formula:
nHClO4 = mHClO4/MMHClO4
Dove MM indica la massa molare, ossia la massa di una mole, che si
può determinare dal Peso Molecolare o dal Peso Formula della sostanza considerata, a seconda che quest'ultima sia di natura molecolare o ionica.
Nel caso in esame si deve calcolare il Peso Molecolare PM:
PMHClO4 = PAH+PACl+4•PAO = 1+35+4•16 = 100 MMHClO4 = 100 g/moli
dal momento che la massa molare è data dal Peso Molecolare espresso in g/moli.
Di conseguenza, sostituendo e facendo i calcoli si trova
nHClO4 = mHClO4/MMHClO4 = 1,27 g/100g/moli = 0,0127 moli
In tal modo si sono trasformati i grammi in moli di acido messe a reagire.
Queste moli produrrano nCr(ClO4)3 moli di sale e quindi si può impostare il
RAPPORTO MOLARE ATTUALE DI REAZIONE vale a dire
nHClO4: nCr(ClO4)3
La proporzione che consente di ottenere le moli di sale che
si formano attualmente (cioè nell'esempio specifico, quindi veramente)
si ricava uguagliando
RAPPORTO TEORICO = RAPPORTO ATTUALE
vale a dire:
3 : 1 = nHClO4 : nCr(ClO4)3
ottenendo dalla proporzione:
nCr(ClO4)3 = nHClO4/3 = 0,0127/3 = 0,00423 moli (di sale)
Nell'ultimo passaggio dalle moli di sale si ottengono i grammi di sale con la formula inversa
mCr(ClO4)3 = nCr(ClO4)3·MMCr(ClO4)3
l'ultimo problema da risolvere è il calcolo della massa molare del sale, che non è nota.
Essa si determina dal Peso Formula del sale (si badi bene che non si può parlare di Peso molecolare per un sale, dal momento che si tratta di una sostanza ionica).
Dunque si ha:
PFCr(ClO4)3 = PACr + 3•PACl + 12•PAO = 137 + 3•35 +12•16 = 434
e quindi il dato che ci serve è
MMCr(ClO4)3 = 434 g/moli
e così, per quanto detto in precedenza, si ha:
mCr(ClO4)3 = 0,00423 · 434 = 1,84 g
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