Le Reazioni Inorganiche: Formazione di Sali Ternari da un metallo e un non-Metallo
Formazione del sale ternario Nitrato di Alluminio (Al(NO3)3)

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 azoto nitrico (N+5) e il metallo sia Alluminio (Al+3).


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 Alluminio;
  • l'ossido di Alluminio ottenuto vien fatto reagire con acqua, ottenendosi l'Idrossido di Alluminio;
  • analogamente il non metallo dà, per reazione con Ossigeno, l'anidride;
    nel caso in esame Anidride Nitrica;
  • l'Anidride Nitrica ottenuta forma, fatta reagire con acqua, l'Acido Nitrico;
  • infine il sale, vale a dire il Nitrato di Alluminio si sintetizza per reazione diretta tra idrossido e ossiacido.

Nello schema a lato, qui a destra, è riportato quanto detto.

Alluminio Azoto
+O2 +O2
Ossido di Alluminio Anidride Nitrica
+H2O +H2O
Idrossido di Alluminio Acido Nitrico
    Nitrato di Alluminio    

Pareggiando le valenze tra Azoto nitrico (N+5) e Ossigeno (O-2) ricaviamo la formula dell'Anidride nitrica;
pareggiando le valenze tra Alluminio (Al+3) e Ossigeno(O-2) ricaviamo la formula dell' Ossido di Alluminio;

il pareggiamento si raggiunge a +6 | -6 per l'Ossido e +10 |-10 per l'Anidride.

N+5O-2
O-2
O-2
O-2
N+5O-2
+10-10
Al+2O-2
O-2
Al+3O-2
+6-6

Per l'Ossido di Alluminio Si ottiene allora: Al2O3; mentre per l'Anidride Nitrica si ha: N2O5


A questo punto scriviamo e bilanciamo le reazioni di ottenimento dei 2 composti trovati, iniziando con l'Anidride Nitrica:

2 N2 + 5 O2 2 N2O5

e continuando con l'Ossido di Alluminio:

2Al + 3O2 2Al2O3

scriviamo la reazione di ottenimento dell'Acido Nitrico:

N2O5 + H2O 2 HNO3



e pareggiamo le valenze tra Al+3 e OH- per ricavarci la formula dell'Idrossido di Alluminio:

Al+3OH-
OH-
OH-
+3-3

ottenendosi la formula Al(OH)3 mentre la corrispondente reazione, opportunamente bilanciata, è:

Al2O3 + 3H2O 2Al(OH)3


Per l'Acido Nitrico Si ottiene allora: HNO3; mentre per l'Idrossido di Alluminio si ha: Al(OH)3


In questo modo si è ricavata sia la formula dell'Acido Nitrico, sia quella dell'Idrossido di Alluminio, 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 Nitrico e l'idrossido di Alluminio:

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 NITRATO NO3-, che da' il nome al sale; per cui si può scrivere il seguente schema di dissociazione:

HNO3 + Al(OH)3
H+NO3- Al+3OH-
OH-
OH-
H2O

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 Al+3 si lega all'anione nitrato NO3- per dare il sale Nitrato di Alluminio, pareggiando le valenze:

Al+3NO3-
NO3-
NO3-
+3-3


Per il Nitrato di Alluminio si ottiene allora la formula: Al(NO3)3


e per finire, si ha la seguente reazione già opportunamente bilanciata:


3 HNO3 + Al(OH)3 Al(NO3)3 + 3 H2O



A questo punto passiamo 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 10,3 g di acido nitrico con una quantità in eccesso di idrossido di Alluminio; calcolare la quantità in grammi di nitrato di Alluminio che si forma se l'acido reagisce completamente.

 Se sappiamo che l'acido messo a reagire ammonta a 10,3 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 nitrico e il nitrato di alluminio e i coefficienti, intesi come quantità espresse in moli, sono 3 per l'acido nitrico e 1, sottinteso, per il nitrato di alluminio.

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 10,3 grammi e possono essere calcolate, sapendo la massa, con la formula:

nHNO3 = mHNO3/MMHNO3

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:

PMHNO3 = PAH + PAN + 3·PAO = 1 + 14 + 3·16 = 63

e quindi si ottiene:

MMHNO3 = 63 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

nHNO3 = mHNO3/MMHNO3 = 10,3 g/63 g/moli = 0,163 moli

In tal modo si sono trasformati i grammi in moli di acido messe a reagire.
Queste moli produrrano nAl(NO3)3 moli di sale e quindi si può impostare il

RAPPORTO MOLARE ATTUALE DI REAZIONE

vale a dire

nHNO3 : nAl(NO3)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 = nHNO3 : nAl(NO3)3

ottenendo dalla proporzione:

nAl(NO3)3 = nHNO3/3 = 0,163/3 = 0,0543 moli di nitrato di Alluminio

Nell'ultimo passaggio dalle moli di sale si ottengono i grammi di sale con la formula inversa

mAl(NO3)3 = nAl(NO3)3·MMAl(NO3)3

l'ultimo problema da risolvere è il calcolo della massa molare del sale, che ancora 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:

PFAl(NO3)3 = PAAl + 3•PAN + 9•PAO = 27 + 3•14 +9•16 = 213

e quindi il dato che ci serve è

MMAl(NO3)3 = 213 g/moli

e così, per quanto detto in precedenza, si ha:

mAl(NO3)3 = 0,0543 · 213 = 11,6 g



Realizzazione a cura di Giovanni Maria Depperu (2°B CAT) e prof. Cosimo Strusi nell'ambito dell'attività laboratoriale "Web per la chimica" A.S. 2012/2013 presso
l'ITGC "Don Gavino PES" di Tempio Pausania