Le Reazioni Inorganiche: Formazione di Sali Ternari da un metallo e un non-Metallo
Formazione del sale ternario Metasilicato Ferrico (Fe2(SiO3)3)

Si vogliano scrivere e bilanciare le reazioni necessarie per ottenere un sale ternario, partendo da un metallo e da un nonMetallo.
Ammettiamo che il non-metallo sia Silicio (Si+4) e il metallo sia Ferro ferrico (Fe+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 Ferrico;
  • l'ossido ferrico ottenuto vien fatto reagire con acqua, ottenendosi l'Idrossido Ferrico;
  • analogamente il non metallo dà, per reazione con Ossigeno, l'anidride;
    nel caso in esame Anidride Silicica;
  • l'Anidride Silicica ottenuta forma, fatta reagire con acqua, l'Acido Metasilicico;
  • infine il sale, vale a dire il Metasilicato Ferrico si sintetizza per reazione diretta tra idrossido e ossiacido.

Nello schema a lato, qui a destra, è riportato quanto detto.
  Ferro     Silicio  
+O2 +O2
 Ossido
 Ferrico		  Anidride  Silicica  
+H2O +H2O
 Idrossido  Ferrico   Acido  Metasilicico  
    Metasilicato Ferrico    

Pareggiando le valenze tra Silicio (Si+4) e Ossigeno (O-2) ricaviamo la formula dell'Anidride metasilicica;
pareggiando le valenze tra Ferro ferrico (Fe+3) e Ossigeno (O-2) ricaviamo la formula dell'Ossido ferrico;

il pareggiamento si raggiunge a +4 | -4 per l' anidride e +6 | -6 per l'ossido.
Si+4O-2
O-2
+4-4
Fe+3O-2
O-2
Fe+3O-2
+6-6

Per l'Anidride silicica si ottiene allora: SiO2; mentre per l'Ossido Ferrico si ha: Fe2O3

Determinate le formule dei 2 composti, scriviamone e bilanciamone le reazioni di ottenimento, iniziando con l'Anidride silicica:

Si + O2 SiO2

e continuando con l'Ossido Ferrico:

4 Fe + 3O2 2Fe2O3

Occorre ricordare che l'anidride Silicica SiO2
  • può reagire con 1 molecola d'acqua e dare acido metasilicico:   H2SiO3
  • può reagire con 2 molecole d'acqua e dare acido ortosilicico*:   H4SiO4
  • non reagisce con 3 molecole d'acqua.

* È un'eccezione, perchè dovrebbe chiamarsi così il risultato della reazione con 3 molecole d'acqua,
ma l'anidride silicica non reagisce con 3 molecole d'acqua

scegliamo di scrivere la reazione di ottenimento dell'Acido Metasilicico:

SiO2 + H2O H2SiO3



e pareggiamo le valenze tra Fe+3 e OH- per ricavarci la formula dell'Idrossido ferrico:

Fe+3OH-
OH-
OH-
+3-3

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

Fe2O3 + 3H2O 2 Fe(OH)3



A questo punto abbiamo sia la formula dell'Acido metasilicico, sia quella dell'Idrossido ferrico, 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 metasilicico e l'idrossido ferrico:

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 METASILICATO SiO3--, che da' il nome al sale; per cui si può scrivere il seguente schema di dissociazione:

H2SiO3 + Fe(OH)3
H+SiO3-2 Fe+3OH-
H+ 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 Fe+3 si lega all'anione metasilicato SiO3-- per dare il sale metasilicato ferrico, pareggiando le valenze:

Fe+3SiO3-2
SiO3-2
Fe+3SiO3-2
+6-6


Per il metasilicato ferrico si ottiene la formula: Fe2(SiO3)3


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

3H2SiO3 + 2Fe(OH)3 Fe2(SiO3)3 + 6H2O

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 1,56 g di acido metasilicico con una quantità in eccesso di idrossido ferrico; calcolare la quantità in grammi di Metasilicato ferrico che si forma se l'acido reagisce completamente.

 Se sappiamo che l'acido messo a reagire ammonta a 1,56 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 l'acido metasilicico e il metasilicato ferrico e i coefficienti,

intesi come quantità espresse in moli

sono 3 per l'acido metasilicico e 1, sottinteso, per il metasilicato ferrico.

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 1,56 grammi e possono essere calcolate, sapendo la massa, con la formula:

nH2SiO3 = mH2SiO3/MMH2SiO3

 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:

PMH2SiO3 = 2•PAH+PASi+3•PAO = 2+28+3•16 = 78
MMH2SiO3 = 78 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

nH2SiO3 = mH2SiO3/MMH2SiO3 = 1,56 g/78 g/moli = 0.0200 moli

In tal modo si sono trasformati i grammi in moli di acido messe a reagire.
Queste moli produrrano nFe2(SiO3)3 moli di sale e quindi si può impostare il

RAPPORTO MOLARE ATTUALE DI REAZIONE

vale a dire

nH2SiO3: nFe2(SiO3)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

cioè:

3 : 1 = nH2SiO3 : nFe2(SiO3)3

ottenendo dalla proporzione:

nFe2(SiO3)3 = nH2SiO3/3 = 0,0200/3 = 0,0066 moli (di sale)

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

mFe2(SiO3)3 = nFe2(SiO5)3 · MMFe2(SiO3)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:

PFFe2(SiO3)3 = 2 · PAFe + 3 · PASi + 9 · PAO = 338

e quindi il dato che ci serve è

MMFe2(SiO3)3 = 338 g/moli

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

mFe2(SiO3)3 = 0,0066 · 338 = 2.23 g

Realizzazione a cura di Martino Masu (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