Principi Fondamentali delle Reazioni Chimiche: Conservazione della Massa e Proporzioni Costanti

Principi Fondamentali delle Reazioni Chimiche

La Conservazione della Massa

In una reazione chimica, la massa si conserva. Ciò significa che la massa totale dei prodotti ottenuti è uguale alla massa complessiva dei reagenti che hanno reagito. Questo principio è noto come la Legge di Lavoisier.

Legge di conservazione della massa

Legge delle Proporzioni Costanti

I reagenti coinvolti in una reazione chimica reagiscono sempre in proporzioni fisse e definite.

Esempio: Se idrogeno e ossigeno reagiscono per formare acqua, reagiranno sempre 1 g di idrogeno per 8 g di ossigeno, e questa sarà sempre la quantità necessaria per formare acqua. Le proporzioni sono:

E così via. Se vi è un eccesso di uno dei reagenti, questo rimarrà senza reagire. Ad esempio, se si mettono 4 g di idrogeno e 24 g di ossigeno, solo 3 g di idrogeno reagiranno con i 24 g di ossigeno, e circa 1 g di idrogeno non reagirà.

4.1 - Un Modello per Spiegare le Leggi: Gli Atomi

Nel 1808, John Dalton fornì una spiegazione del perché le reazioni chimiche seguono la legge di conservazione della massa e delle proporzioni costanti. Questa teoria si basa sui seguenti concetti:

• La materia è fatta di atomi.
• Tutti gli atomi di un elemento sono uguali tra loro, ma diversi dagli atomi degli altri elementi.
• In una reazione chimica, gli atomi si riorganizzano per formare sostanze diverse in modi diversi. Tuttavia, gli atomi rimangono gli stessi (non vengono né creati né distrutti), quindi la massa non cambia nella reazione.

Teoria atomica di Dalton

Dal punto di vista atomico, in una reazione chimica gli atomi delle sostanze reagenti si riorganizzano in modo diverso, dando luogo a nuove sostanze chiamate prodotti. Poiché il numero e il tipo di atomi non cambiano, la massa non cambia nella reazione.

4.2 - Bilanciamento delle Reazioni Chimiche

Per scrivere correttamente le equazioni chimiche, si deve tenere presente che nella reazione non si devono né "guadagnare" né "perdere" atomi. Si deve ricevere lo stesso numero di atomi di ogni tipo sia nei reagenti che nei prodotti. Questa è la condizione di conservazione della massa. Tuttavia, non possiamo cambiare a volontà le formule delle sostanze per eguagliare il numero di atomi.

Esempio di Non Bilanciamento

Esempio: Quando il ferro si ossida, produce un composto chiamato ossido di ferro (II). Se scriviamo simbolicamente la reazione, otteniamo:

Fe + O₂ → FeO

Come scritta, questa reazione indica che 1 atomo di ferro reagisce con 2 atomi di ossigeno formando una molecola di ossido di ferro con 1 atomo di ferro e 1 atomo di ossigeno. Questo non è possibile; deve esserci lo stesso numero di atomi su entrambi i lati.

Bilanciamento tramite Coefficienti Stechiometrici

Pertanto, dobbiamo usare dei numeri chiamati coefficienti che si pongono di fronte a ogni formula o simbolo. Questi coefficienti indicano il numero di atomi di ciascuna specie che deve reagire in modo da mantenere la massa e il numero di atomi:

Per bilanciare l'esempio precedente, abbiamo bisogno di 2 atomi di ferro che reagiscano con una molecola di ossigeno per formare 2 molecole di FeO.

Questo processo si chiama bilanciamento di una reazione chimica ed è necessario anteporre numeri interi ai simboli e alle formule delle sostanze coinvolte nella reazione, in modo da soddisfare su scala atomica la legge della conservazione della massa.