Cos'è un'equazione chimica bilanciata?
Un'equazione chimica è una ricetta scritta in atomi. La legge di conservazione della massa afferma che gli atomi non si creano né si distruggono in una reazione, quindi il lato sinistro e quello destro devono contenere esattamente gli stessi atomi — e bilanciare è la contabilità che lo impone. I numeri grandi davanti a ogni formula (i coefficienti) sono le manopole da girare finché il conteggio di ogni elemento corrisponde: la ruggine del ferro richiede 4 Fe + 3 O2 = 2 Fe2O3, non 1 + 1 = 1. Il bilanciamento è pura algebra, ed è per questo che questa pagina può svolgerlo con l'eliminazione gaussiana e poi ricontare ogni elemento per mostrare Sinistra = Destra. I coefficienti frazionari sono legittimi in termochimica (per mole di reazione); le ricette di laboratorio eliminano i denominatori moltiplicando tutto.
La regola da ricordare: i coefficienti contano moli, non singole molecole. 2H2 + O2 = 2H2O si legge «2 mol di idrogeno più 1 mol di ossigeno danno 2 mol di acqua» — ed è anche per questo che 10 g di H2 e 32 g di O2 non sono la stessa quantità di reazione.
Stechiometria: il ponte della mole
Non si pesano le moli; si pesano i grammi. Ogni problema di stechiometria è lo stesso attraversamento in tre passi: grammi → moli (si divide per la massa molare), moli di una specie → moli di un'altra (si moltiplica per il rapporto dei coefficienti), moli → grammi (si moltiplica per l'altra massa molare). Il passo centrale è dove l'equazione bilanciata fa il suo lavoro. Per l'esempio qui sopra, 10 g di H2 sono 4,960 mol; l'equazione 2H2 + O2 = 2H2O dà poi 2,480 mol di O2 (79,4 g) consumate insieme, e fino a 4,960 mol di H2O (89,4 g) formate. Le masse molari provengono direttamente dalla tavola periodica — la pagina Massa molare è lo strumento dedicato a quel passo.
Reagente limitante: la logica del panino
Con due reagenti, uno dei due finisce per primo e la reazione si ferma lì — il reagente limitante decide tutto, mentre l'altro è in eccesso. Il confronto è tra moli divise per i coefficienti: il quoziente più piccolo si esaurisce per primo. L'esempio mostra il punto controintuitivo: 32 g di O2 pesano tre volte più di 10 g di H2, eppure O2 è il reagente limitante (1,000 mol ÷ 1 batte 4,960 mol ÷ 2), quindi la resa teorica è solo 36,03 g di H2O e 2,96 mol di H2 sopravvivono inutilizzate. La sola massa non risolve la questione — nel confronto devono entrare i coefficienti dell'equazione.
Resa teorica, effettiva e percentuale
La resa teorica è ciò che il reagente limitante consente se ogni molecola collabora; la resa effettiva è ciò che si isola davvero; resa percentuale = effettiva/teorica × 100%. Gli 85 g su 100 g dell'esempio risultano «Buona/Discreta» — le sintesi reali perdono resa per reazioni collaterali, separazioni incomplete, prodotto rimasto sulla vetreria e un equilibrio che rifiuta di completarsi. Una resa percentuale superiore al 100% è un campanello d'allarme per un prodotto umido o contaminato, non un miracolo.
Tipi di reazione in sintesi
Il pannello di classificazione legge la forma di un'equazione bilanciata: due cose che diventano una sola sono una sintesi, una sostanza che si divide è una decomposizione, un elemento che si inserisce in un composto è una sostituzione semplice, due composti che scambiano i partner sono una doppia sostituzione. Bruciare qualcosa con O2 per produrre CO2 e H2O è una combustione, e ogni reazione che sposta elettroni tra specie è inoltre redox — le categorie si sovrappongono (l'esempio 2H2 + O2 = 2H2O è sintesi, combustione e redox insieme). La contabilità redox ha una pagina dedicata: Redox ed elettrochimica.
Idee sbagliate comuni
- Bilanciare cambiando i pedici. H2O e H2O2 sono sostanze diverse; solo i coefficienti davanti alle formule sono da regolare.
- Il reagente limitante è quello con la massa minore. L'esempio lo smentisce: 32 g di O2 pesano più di 10 g di H2 e comunque limitano. Confronti le moli per coefficiente, mai i grammi grezzi.
- Un'equazione bilanciata significa che la reazione avviene. Il bilanciamento non dice nulla sulla velocità (cinetica) né su quanto la reazione proceda (equilibrio) — vedi Equilibrio chimico.
- Una resa superiore al 100% significa più prodotto del possibile. Significa che il prodotto misurato contiene acqua o impurità; la reazione non ha violato nessuna legge.
Strumenti correlati: Massa molare (il ponte grammi–moli da cui dipende questa pagina), Equilibrio chimico (fino a che punto le reazioni procedono davvero) e Redox ed elettrochimica (reazioni di trasferimento di elettroni).
