	Le Reazioni Inorganiche: Formazione di Sali Ternari da un metallo e un non-Metallo
	Formazione del sale ternario Pirofosfato Ferrico Fe₄(P₂O₇)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 Fosforo fosforico (P⁺⁵) e il metallo sia Ferro ferrico (Fe⁺³).

L'esercizio va svolto facendo riferimento allo

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 Fosforica;
l'Anidride Clorosa ottenuta forma, fatta reagire con acqua, l'Acido Pirofosforico;
infine il sale, vale a dire il Pirofosfato Ferrico si sintetizza per reazione diretta tra idrossido e ossiacido.

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

Ferro

Fosforo

+O₂

Ossido
Ferrico

Anidride
Fosforica

+H₂O

Idrossido
Ferrico

Acido
Pirofosforico

Pirofosfato Ferrico

Pareggiando le valenze tra Fosforo (P⁺⁵) e Ossigeno (O^-2) ricaviamo la formula dell'Anidride fosforica;
pareggiando le valenze tra Ferro (Fe⁺³) e Ossigeno (O^-2) ricaviamo la formula dell'Ossido ferrico.

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

P⁺⁵	O^-2
	O^-2
	O^-2
	O^-2
P⁺⁵	O^-2
+10	-10

Fe⁺³	O^-2
	O^-2
Fe⁺³	O^-2
+6	-6

Per l'Anidride fosforica si ottiene allora: P₂O₅; mentre per l'Ossido ferrico si ha: Fe₂O₃

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:

4Fe + 3O₂ 2Fe₂O₃

	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 pirofosforico:
	P₂O₅ + 2H₂O H₄P₂O₇

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

Fe⁺³	OH^-
	OH^-
	OH^-
+3	-3

ottenendosi la formula

Fe(OH)₃

mentre la corrispondente reazione, opportunamente bilanciata, è:

Fe₂O₃ + 3H₂O 2Fe(OH)₃

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

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

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

l'idrossido, libera ioni ossidrili OH^-,

e contemporaneamente si forma lo ione negativo PIROFOSFATO P₂O₇^-4, che da' il nome al sale; per cui si può scrivere il seguente schema di dissociazione:

H₄P₂O₇ + Fe(OH)₃

H⁺	P₂O₇^-4	Fe⁺³	OH^-
H⁺			OH^-
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⁺³ si lega all'anione pirofosfato P₂O₇^-4 per dare il sale pirofosfato ferrico, pareggiando le valenze:

Fe⁺³	P₂O₇^-4
Fe⁺³	P₂O₇^-4
Fe⁺³	P₂O₇^-4
Fe⁺³
+12	-12

Per il pirofosfato ferrico si ottiene allora la formula: Fe₄(P₂O₇)₃

In definitiva si ottiene la seguente reazione opportunamente bilanciata:

3 H₄P₂O₇ + 4Fe(OH)₃ Fe₄(P₂O₇)₃ +12H₂O

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 3,97 g di acido Pirofosforico con una quantità in eccesso di idrossido Ferricoo; calcolare la quantità in grammi di PiroFosfato ferrico che si forma se l'acido reagisce completamente.

Se sappiamo che l'acido messo a reagire ammonta a 3,97 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 Pirofosforico e l'Idrossido Ferrico e i coefficienti, intesi come quantità espresse in moli, sono 3 per l'acido e 1, sottinteso, per il Pirofosfato.

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 m_H₄P₂O₇ = 3,97 grammi e possono essere calcolate, sapendo la massa, con la formula:

n_H₄P₂O₇ = m_H₄P₂O₇/MM_H₄P₂O₇

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:

PM_H₄P₂O₇ = 4•PA_H+2•PA_P+7•PA_O = 4•1+2•31+7•16 = 178
MM_H₄P₂O₇ = 178 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

n_H₄P₂O₇ = m_H₄P₂O₇/MM_H₄P₂O₇ = 3,97 g/178g/moli = 0,0223 moli

In tal modo si sono trasformati i grammi in moli di acido messe a reagire.
Queste moli produrrano n_{Fe₄(P₂O₇)₃} moli di sale e quindi si può impostare il

RAPPORTO MOLARE ATTUALE DI REAZIONE

vale a dire

n_H₄P₂O₇: n_{Fe₄(P₂O₇)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 = n_H₄P₂O₇ : n_{Fe₄(P₂O₇)₃}

ottenendo dalla proporzione:

n_{Fe₄(P₂O₇)₃} = n_H₄P₂O₇/3 = 0,0223/3 = 0,00743 moli (di sale)

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

m_{Fe₄(P₂O₇)₃} = n_{Fe₄(P₂O₇)₃}·MM_{Fe₄(P₂O₇)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:

PF_{Fe₄(P₂O₇)₃} = 4•PA_Fe + 6•PA_P + 21•PA_O = 4•55,8 + 6•31 +21•16 = 745,2

e quindi il dato che ci serve è

MM_{Fe₄(P₂O₇)₃} = 745,2 g/moli

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

m_{Fe₄(P₂O₇)₃} = 0,00743 · 745,2 = 5,54 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}