Le Reazioni Inorganiche: Formazione di Sali Ternari da un metallo e un non-Metallo
Formazione del sale ternario Fosfato Ferroso Fe3(PO4)2

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 Fosforo fosforico (P+5) e il metallo sia Ferro ferroso (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 Ferrosoo;
  • l'Ossido Ferrico ottenuto vien fatto reagire con acqua, ottenendosi l'Idrossido Ferroso;
  • analogamente il non metallo dà, per reazione con Ossigeno, l'anidride; nel caso in esame Anidride Fosforica;
  • l'Anidride Fosforica ottenuta forma, fatta reagire con acqua, l'Acido Fosforico (chiamato anche ortoFosforico);
  • infine il sale, vale a dire il Fosfato Ferroso si sintetizza per reazione diretta tra idrossido e ossiacido.

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

  Ferro     Fosforo  
+O2 +O2
  Ossido
  Ferroso		   Anidride
  Fosforica
+H2O +H2O
  Idrossido 
  Ferroso		   Acido
  Fosforico 
    Fosfato Ferroso  


Pareggiando le valenze tra Fosforo (P+5) e Ossigeno (O-2) ricaviamo la formula dell'Anidride fosforica;
pareggiando le valenze tra Ferro (Fe+2) e Ossigeno (O-2) ricaviamo la formula dell'Ossido ferroso.

il pareggiamento si raggiunge a +10 | -10 per l' Anidride Fosforica e a +2 | -2 per l'Ossido Ferroso.

P+5O-2
O-2
O-2
O-2
P+5O-2
+10-10
Fe+2O-2
+2-2


Per l'Anidride fosforica si ottiene allora: P2O5; mentre per l'Ossido ferroso si ha: FeO



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

P4 + 5O2 2 P2O5

 e continuando con l'Ossido ferrico:

2Fe + O2 2FeO


Occorre ricordare che l'anidride fosforica P2O5
  • può reagire con 1 molecola d'acqua e dare acido metafosforico:   HPO3
  • può reagire con 2 molecole d'acqua e dare acido pirofosforico:     H4P2O7
  • può reagire con 3 molecole d'acqua per dare acido fosforico:       H3PO4


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


P2O5 + 3H2O 2H3PO4



Quindi pareggiamo le valenze tra Fe+2 e OH- per ricavare la formula dell'Idrossido ferosco:

Fe+2OH-
+2-2
ottenendosi la formula

Fe(OH)2

mentre la corrispondente reazione, opportunamente bilanciata, è:

FeO + H2O Fe(OH)2



NOTA BENE: se vuoi svolgere l'esercizio con l'acido pirofosforico clicca sul pulsante qui accanto  


A questo punto abbiamo sia la formula dell'Acido Fosforico, sia quella dell'Idrossido ferroso, 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 Fosforico e l'Idrossido Ferroso:

il primo, cioè l'acido, libera ioni idrogeno H+

l'idrossido, libera ioni ossidrili OH-,

e contemporaneamente si forma lo ione negativo FOSFATO PO4-3, che da' il nome al sale; per cui si può scrivere il seguente schema di dissociazione:

H3PO4 + Fe(OH)2

H+PO4-3 Fe+2OH-
H+OH-
H+
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+2 si lega all'anione Fosfato PO4-3 per dare il sale Fosfato ferroso, pareggiando le valenze:

Fe+2PO4-3
Fe+2
Fe+2PO4-3
+6-6


Per il Fosfato Ferroso si ottiene allora la formula: Fe3(PO4)2


In definitiva si ottiene la seguente reazione opportunamente bilanciata:

2 H3PO4 + 3Fe(OH)2 Fe3(PO4)2 + 6H2O



Passiamo ora alla parte numerico-stechiometrica dell'esercizio, calcolando quanto sale si forma se nota la quantità di acido o di idrossido messa a reagire.

Supponiamo di mettere a reagire 4,15 g di Acido Fosforico con una quantità in eccesso di Idrossido Ferroso; calcolare la quantità in grammi di Fosfato Ferroso che si forma se l'acido reagisce completamente.

 Se sappiamo che l'acido messo a reagire ammonta a 4,15 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 Fosforico e Fosfato Ferroso e i coefficienti, intesi come quantità espresse in moli, sono 2 per l'acido e 1, sottinteso, per il Fosfato.

In ragione di questo si ha

2 : 1

chiamato

RAPPORTO TEORICO MOLARE DI REAZIONE
e questo significa che se si mettessero (ecco perchè TEORICO) a reagire 2 moli di acido, si formerebbe da esse 1 mole di sale.
In realtà le moli di acido messe a reagire sono quelle corrispondenti a mH3PO4 = 4,15 grammi e possono essere calcolate, sapendo la massa, con la formula:

nH3PO4 = mH3PO4/MMH3PO4

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:

PMH3PO4 = 3•PAH + PAP+4•PAO = 3•1+31+4•16 = 98
MMH3PO4 = 98 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

nH3PO4 = mH3PO4/MMH3PO4 = 4,15 g/98g/moli = 0,0423 moli


In tal modo si sono trasformati i grammi in moli di acido messe a reagire.
Queste moli produrrano nFe3(PO4)2 moli di sale e quindi si può impostare il

RAPPORTO MOLARE ATTUALE DI REAZIONE

vale a dire

nH3PO4: nFe3(PO4)2

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:

2 : 1 = nH3PO4 : nFe3(PO4)2

ottenendo dalla proporzione:

nFe3(PO4)2 = nH3PO4/2 = 0,0423/2 = 0,0212 moli (di sale)

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

mFe3(PO4)2 = nFe3(PO4)2·MMFe3(PO4)2

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:

PFFe3(PO4)2 = 3•PAFe + 2•PAP + 8•PAO = 3•55,8 + 2•31 +8•16 = 357,4

e quindi il dato che ci serve è

MMFe3(PO4)2 = 357,4 g/moli

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

mFe3(PO4)2 = 0,0212 · 357,4 = 7,58 g


Realizzazione a cura di 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