Qual è il rapporto molare in una reazione chimica?

In una reazione chimica , il rapporto molare si riferisce al rapporto tra il numero di moli di una sostanza e il numero di moli di un’altra . Una reazione chimica può avere uno o più rapporti molari, a seconda di quante sostanze chimiche sono coinvolte. Queste relazioni molari si basano sull’equazione chimica bilanciata bilanciata e possono essere scritte per qualsiasi coppia di sostanze coinvolte, siano esse reagenti o prodotti.

In tutti i casi in cui è necessario utilizzare rapporti molari, il primo passo è sempre scrivere e adattare l’equazione chimica per la reazione in questione. Questo perché i rapporti molari sono ottenuti direttamente dai coefficienti stechiometrici dell’equazione chimica bilanciata.

Utilità dei rapporti molari

I rapporti molari sono usati in chimica, e in particolare in stechiometria, per convertire il numero di moli di una sostanza in moli di un’altra. In altre parole, i rapporti molari fungono da fattori di conversione tra le moli delle diverse specie coinvolte in una reazione chimica .

Ogni rapporto molare può essere scritto in due modi diversi, a seconda di quale delle due sostanze viene menzionata per prima, ma entrambi i rapporti rappresentano esattamente la stessa cosa.

Ad esempio , se si dice che, nella reazione di combustione del butano, butano e ossigeno reagiscono in un rapporto molare di 1:4 (leggi uno a quattro), significa che reagisce 1 mole di butano ogni 4 moli di ossigeno. Questa stessa relazione può anche essere indicata inversamente, affermando che ossigeno e butano reagiscono in un rapporto molare 4:1. Il significato, in questo caso, è esattamente lo stesso del precedente: che per ogni 4 moli di ossigeno reagisce 1 mole di butano.

Rapporti molari e cifre significative

Un punto importante da considerare quando si usano i rapporti molari nei calcoli stechiometrici è il numero di cifre significative che hanno.

Poiché questi rapporti molari sono ottenuti dai coefficienti stechiometrici della reazione chimica abbinata, e questi sono numeri interi, anche i numeri utilizzati nei rapporti molari sono considerati numeri interi.

Va ricordato che questo tipo di numero ha un numero infinito di cifre significative, quindi quando vengono utilizzati in qualsiasi calcolo, i rapporti molari non hanno alcun effetto sul numero finale di cifre a cui il risultato deve essere arrotondato.

Esempi di utilizzo dei rapporti molari

Di seguito sono riportati alcuni esempi di utilizzo dei rapporti molari per risolvere diversi tipi di problemi associati alle reazioni chimiche.

Caso 1: rapporto molare tra due reagenti

Problema: Supponiamo che per la reazione di combustione dell’etano (C ₂ H ₆ ), ti venga chiesto di determinare quante moli di ossigeno gassoso (O ₂ ) reagiscono con 3,75 moli di etano.

Soluzione: Poiché ciò che si chiede di calcolare è il numero di moli di una sostanza dal numero di moli di un’altra, dove entrambi sono correlati mediante una reazione chimica ( combustione ), allora questo problema può essere facilmente risolto utilizzando il rapporto molare tra etano e ossigeno. Ciò comporta solo tre semplici passaggi:

Passaggio 1: scrivere l’equazione chimica bilanciata

Poiché è la reazione di combustione dell’etano, procediamo a scrivere l’equazione in cui l’etano reagisce con l’ossigeno per produrre anidride carbonica e acqua:

oppure, utilizzando solo numeri interi:

Passaggio 2: scrivere il rapporto molare pertinente

Poiché il rapporto molare di interesse è il rapporto tra etano e ossigeno e i loro rispettivi coefficienti sono 2 e 7, allora il rapporto molare tra etano e ossigeno è 2:7. Questo può anche essere scritto sotto forma di un’equazione matematica:

L’uguaglianza a destra mostra che due frazioni qualsiasi sono uguali a 1, quindi possono essere utilizzate come fattori di conversione delle unità secondo necessità.

Passaggio 3: utilizzare il rapporto molare come fattore di conversione

Ora che hai i due fattori di conversione tra etano e ossigeno per la reazione di combustione del primo, uno di essi può essere utilizzato per ottenere la soluzione del problema. Quale viene utilizzato dipende da ciò che viene richiesto e da quali dati sono disponibili. In questo caso viene richiesto il numero di moli di ossigeno e viene dato il numero di moli di etano, quindi viene utilizzato il secondo fattore di conversione:

Quindi, per bruciare completamente 3,75 moli di etano, sono necessarie 13,1 moli di ossigeno molecolare.

Caso 2: Rapporto molare tra reagenti e prodotti

Problema: per la reazione di esplosione della dinamite mostrata sotto, indicare il rapporto molare tra la nitroglicerina (C ₃ H ₅ N ₃ O ₉ ) e ciascuno dei prodotti.

Soluzione: come si può vedere, l’equazione precedente non è bilanciata, quindi il primo passo sarà bilanciarla. Fatto ciò, si scrive direttamente ogni rapporto molare tra il reagente ei prodotti della reazione, che sono quattro. La reazione adattata è:

Ora, tutti i rapporti molari possono essere scritti:

• Il rapporto tra nitroglicerina e azoto (N ₂ ) è 4:6 o 2:3, il che significa che per ogni 2 moli di nitroglicerina che si decompone, vengono prodotte 3 moli di azoto.
• Il rapporto tra nitroglicerina e anidride carbonica (CO ₂ ) è 4:12 o 1:3, il che significa che per ogni 2 moli di nitroglicerina che si scompone, vengono prodotte 3 moli di anidride carbonica.
• Il rapporto tra nitroglicerina e ossigeno (O ₂ ) è 4:1, il che significa che per ogni 4 moli di nitroglicerina che si decompone, viene prodotta 1 mole di ossigeno.
• Il rapporto tra nitroglicerina e acqua (H ₂ O) è 4:10 o 2:5, il che significa che per ogni 2 moli di nitroglicerina che si scompone, vengono prodotte 5 moli di acqua.

Riferimenti

La stechiometria delle reazioni. (2020, 30 ottobre). Estratto da https://espanol.libretexts.org/@go/page/1821

La stechiometria di sostanze gassose, miscele e reazioni. (2020, 30 ottobre). Estratto da https://espanol.libretexts.org/@go/page/1870

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Fiori, P., Theopold, K., Langley, R., Robinson, WR, (2019). Chimica 2e. Estratto da https://openstax.org/books/chemistry-2e/pages/1-1-chemistry-in-context