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Materia, trasformazioni ed ecosistemi · Formule chimiche e reazioni

Lettura delle formule e riconoscimento di reazioni

Metti la moka sul fornello e accendi il gas: la fiamma azzurra è una reazione chimica. Sulla bombola o sulla bolletta trovi scritto «metano», ma i chimici scrivono $\text{CH}_4$. Che cosa ci dice quella scritta? E come si descrive in modo preciso quello che accade quando il metano brucia? In questa pagina impari a leggere le formule e le equazioni chimiche. Alla fine tornerai alla fiamma della moka.

Leggere una formula chimica

Una formula chimica è un'abbreviazione che dice quali elementi formano una sostanza e in che rapporto numerico.

  • I simboli (H, C, O, Na, Ca…) indicano gli elementi.

  • Il pedice (numero in basso a destra) indica quanti atomi di quell'elemento ci sono. Se manca, vale 1.

  • Il coefficiente (numero davanti alla formula) indica quante molecole o unità formula ci sono.

La formula 3 H2O: il coefficiente 3 indica tre molecole, il pedice 2 indica due atomi di idrogeno in ciascuna molecola. 3 H₂O coefficiente: 3 molecole pedice: 2 atomi di H (1 atomo di O: pedice omesso)

Per esempio $\text{H}_2\text{SO}_4$ (acido solforico) contiene 2 atomi di H, 1 di S e 4 di O: in tutto 7 atomi. Quando c'è una parentesi, il pedice fuori vale per tutto ciò che sta dentro: in $\text{Ca(OH)}_2$ ci sono 1 Ca, 2 O e 2 H.

Ci sono due tipi di scrittura da distinguere:

  • $\text{O}_2$ è una molecola formata da due atomi di ossigeno (la sostanza che respiriamo);

  • $2\,\text{O}$ sono due atomi di ossigeno separati.

Il pedice cambia la sostanza, il coefficiente cambia solo la quantità.

Qualche nome da conoscere

Formula Nome
$\text{H}_2\text{O}$ acqua
$\text{CO}_2$ diossido di carbonio (anidride carbonica)
$\text{NaCl}$ cloruro di sodio (sale da cucina)
$\text{CaO}$ ossido di calcio (calce viva)
$\text{CaCO}_3$ carbonato di calcio (calcare, marmo)
$\text{CH}_4$ metano
$\text{NH}_3$ ammoniaca

Il prefisso indica il numero di atomi: «di-» due, «tri-» tre. I composti binari senza ossigeno terminano in «-uro» (cloruro di sodio); quelli con ossigeno si chiamano «ossidi» (ossido di calcio).

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Per ciascuna formula indica quali elementi sono presenti e quanti atomi di ciascuno in una molecola o unità formula. a) $\text{H}2\text{SO}4$ b) $\text{CO}2$ c)…

Per ciascuna formula indica quali elementi sono presenti e quanti atomi di ciascuno in una molecola o unità formula.

  1. a) $\text{H}_2\text{SO}_4$
  2. b) $\text{CO}_2$
  3. c) $\text{Ca(OH)}_2$
  4. d) $\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6$
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Dai il nome a ciascun composto: a) $\text{NaCl}$; b) $\text{CO}2$; c) $\text{H}2\text{O}$; d) $\text{CaO}$.

Dai il nome a ciascun composto: a) $\text{NaCl}$; b) $\text{CO}_2$; c) $\text{H}_2\text{O}$; d) $\text{CaO}$.

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Esercitati★☆☆Da iniziare
Scrivi che cosa significano: a) $3\,\text{H}2\text{O}$; b) $\text{O}2$; c) $2\,\text{O}$.

Scrivi che cosa significano: a) $3\,\text{H}_2\text{O}$; b) $\text{O}_2$; c) $2\,\text{O}$.

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Riconoscere i tipi di reazione

In una reazione chimica i reagenti (a sinistra della freccia) si trasformano nei prodotti (a destra). Gli atomi sono gli stessi, ma si legano in modo diverso.

$$\text{reagenti} \rightarrow \text{prodotti}$$

Tre tipi semplici da riconoscere:

Tipo Schema Esempio
Sintesi $\text{A} + \text{B} \rightarrow \text{AB}$ $2\,\text{H}_2 + \text{O}_2 \rightarrow 2\,\text{H}_2\text{O}$
Decomposizione $\text{AB} \rightarrow \text{A} + \text{B}$ $2\,\text{H}_2\text{O} \rightarrow 2\,\text{H}_2 + \text{O}_2$
Combustione combustibile $+ \text{O}_2 \rightarrow$ ossidi $\text{CH}_4 + 2\,\text{O}_2 \rightarrow \text{CO}_2 + 2\,\text{H}_2\text{O}$

Nella combustione completa di un composto di carbonio e idrogeno i prodotti sono sempre $\text{CO}_2$ e $\text{H}_2\text{O}$, e si libera energia sotto forma di calore e luce.

Esercitati★★☆Da iniziare
Classifica ciascuna reazione come sintesi, decomposizione o combustione. a) $2\,\text{H}2 + \text{O}2 \rightarrow 2\,\text{H}2\text{O}$ b)…

Classifica ciascuna reazione come sintesi, decomposizione o combustione.

  1. a) $2\,\text{H}_2 + \text{O}_2 \rightarrow 2\,\text{H}_2\text{O}$
  2. b) $2\,\text{H}_2\text{O} \rightarrow 2\,\text{H}_2 + \text{O}_2$
  3. c) $\text{CH}_4 + 2\,\text{O}_2 \rightarrow \text{CO}_2 + 2\,\text{H}_2\text{O}$
  4. d) $\text{CaCO}_3 \rightarrow \text{CaO} + \text{CO}_2$
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Bilanciare un'equazione

Nelle reazioni gli atomi non si creano né si distruggono (legge di Lavoisier): quanti atomi di ogni elemento ci sono a sinistra, altrettanti devono esserci a destra. Per questo si bilancia l'equazione scegliendo i coefficienti. Non si toccano mai i pedici.

Per i coefficienti si usano i numeri interi più piccoli possibile.

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Bilancia le seguenti reazioni. a) $\text{N}2 + \text{H}2 \rightarrow \text{NH}3$ b) $\text{C}3\text{H}8 + \text{O}2 \rightarrow \text{CO}2 + \text{H}2\text{O}$

Bilancia le seguenti reazioni.

  1. a) $\text{N}_2 + \text{H}_2 \rightarrow \text{NH}_3$
  2. b) $\text{C}_3\text{H}_8 + \text{O}_2 \rightarrow \text{CO}_2 + \text{H}_2\text{O}$
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I coefficienti come rapporti tra moli

I coefficienti non contano solo gli atomi: indicano anche i rapporti tra le quantità di sostanza. Nell'equazione $2\,\text{Mg} + \text{O}_2 \rightarrow 2\,\text{MgO}$ si legge: 2 mol di Mg reagiscono con 1 mol di $\text{O}_2$ e formano 2 mol di MgO.

Questo permette di ricavare le moli di una sostanza da quelle di un'altra con una proporzione:

$$\frac{n_\text{A}}{\text{coefficiente di A}} = \frac{n_\text{B}}{\text{coefficiente di B}}$$

Per passare dalle masse alle moli ricorda $n = \dfrac{m}{M}$, dove $M$ è la massa molare in g/mol.

La massa dei prodotti ($88\ \text{g}$ di $\text{CO}_2$ più l'acqua) supera quella del solo metano ($32\ \text{g}$) perché alla reazione partecipa anche l'ossigeno dell'aria: la massa totale si conserva, ma comprende i reagenti tutti, non solo il combustibile.

Dalla formula dei prodotti a quella del composto

Se conosci i prodotti di una combustione puoi risalire alla formula del combustibile. Se 1 mol di un idrocarburo dà $\text{CO}_2$ e $\text{H}_2\text{O}$, gli atomi di C e H dei prodotti vengono tutti dal composto. Per esempio 1 mol che dà 1 mol di $\text{CO}_2$ e 2 mol di $\text{H}_2\text{O}$ contiene 1 C e $2 \cdot 2 = 4$ H: è $\text{CH}_4$.

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Nella reazione bilanciata $2\,\text{Mg} + \text{O}2 \rightarrow 2\,\text{MgO}$ si bruciano $6\ \text{mol}$ di magnesio. a) Quante moli di $\text{O}2$ reagiscono? b)…

Nella reazione bilanciata $2\,\text{Mg} + \text{O}_2 \rightarrow 2\,\text{MgO}$ si bruciano $6\ \text{mol}$ di magnesio.

  1. a) Quante moli di $\text{O}_2$ reagiscono?
  2. b) Quante moli di $\text{MgO}$ si formano?
  3. c) Di che tipo di reazione si tratta?
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Esercitati★★★Da iniziare
Il gas metano ($\text{CH}4$) brucia nelle caldaie domestiche. a) Scrivi e bilancia la reazione di combustione completa. b) Calcola la massa di $\text{CO}2$ prodotta…

Il gas metano ($\text{CH}_4$) brucia nelle caldaie domestiche.

  1. a) Scrivi e bilancia la reazione di combustione completa.
  2. b) Calcola la massa di $\text{CO}_2$ prodotta bruciando $64\ \text{g}$ di $\text{CH}_4$ (masse molari: $\text{CH}_4 = 16\ \text{g/mol}$, $\text{CO}_2 = 44\ \text{g/mol}$).
  3. c) Spiega perché la massa dei prodotti supera la massa del solo combustibile.
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Un campione di $\text{CaCO}3$ di massa $50\ \text{g}$ viene scaldato in una fornace e decomposto secondo $\text{CaCO}3 \rightarrow \text{CaO} + \text{CO}2$ (masse…

Un campione di $\text{CaCO}_3$ di massa $50\ \text{g}$ viene scaldato in una fornace e decomposto secondo $\text{CaCO}_3 \rightarrow \text{CaO} + \text{CO}_2$ (masse molari: $\text{CaCO}_3 = 100\ \text{g/mol}$, $\text{CaO} = 56\ \text{g/mol}$, $\text{CO}_2 = 44\ \text{g/mol}$).

  1. a) Calcola le masse di $\text{CaO}$ e di $\text{CO}_2$ prodotte se la reazione è completa.
  2. b) Verifica la legge di Lavoisier.
  3. c) Se al termine nella fornace restano solo $28\ \text{g}$ di solido, quale percentuale del carbonato si è decomposta?
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Un composto contiene solo carbonio e idrogeno. Bruciando $1\ \text{mol}$ del composto si ottengono $2\ \text{mol}$ di $\text{CO}2$ e $3\ \text{mol}$ di…

Un composto contiene solo carbonio e idrogeno. Bruciando $1\ \text{mol}$ del composto si ottengono $2\ \text{mol}$ di $\text{CO}_2$ e $3\ \text{mol}$ di $\text{H}_2\text{O}$.

  1. a) Determina la formula del composto.
  2. b) Scrivi e bilancia la reazione di combustione.
  3. c) Calcola quante moli di $\text{O}_2$ servono per bruciare $1\ \text{mol}$ del composto.
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In sintesi

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