02x01 - Formule e equazioni chimiche

Ogni sostanza pura si può rappresentare con una formula chimica.

La formula chimica di una sostanza indica da quali elementi è costituita e quanti atomi contiene ciascun elemento.

Il gas nobile neon è formato da singoli atomi, perciò il formula Ne coincide con il suo simbolo. Il fluoro ha formula F₂ perché è biatomica.

L'acqua è un composto molecolare. Ogni molecola d'acqua è costituita da due atomi di idrogeno e uno di ossigeno, legati sempre nello stesso rapporto di combinazione (2 : 1).
La formula chimica dell'acqua,
quindi, è H₂O.
Il numero in basso a destra
nelle formule chimiche
è l'indice numerico e indica
il numero di atomi presenti
nella molecola.

Davanti a ciascuna formula si può scrivere un numero che indica quante particelle corrispondono a quella formula. Dire 3 H₂O equivale a dire 3 molecole d'acqua. Attenzione, quindi, scrivere 2 O non equivale a scrivere O₂, perché O e O₂ sono due specie diverse.
La formula O indica un atomo
di ossigeno, la formula O₂
invece indica una molecola
di ossigeno. Scrivere 3 O₂
vuol dire riferirsi a 3 molecole
di ossigeno.

Nelle formule chimiche i pedici evidenziano anche i raggruppamenti di atomi. Per esempio, nella formula dell'idrossido ferrico Fe(OH)₃ il pedice 3 moltiplica per 3 tutti gli indici degli atomi dentro la parentesi. Quindi: 1 atomo di ferro, 3 atomi di ossigeno e 3 di idrogeno.
Per gli ioni si scrive il simbolo dell'
elemento o del gruppo di atomi
riportando in altro a destra il tipo
e il numero di cariche elettriche.

Per rappresentare una reazione scriviamo un'equazione chimica, in cui reagenti e prodotti sono descritti dalle rispettive formule che si ricavano dalle indagini dell'analisi chimica. Ad esempio la reazione di combustione del metano con l'ossigeno si scrive:

I simboli tra parentesi, in basso a destra di ciascuna formula, si riferiscono allo stato fisico delle sostanze: gassoso (g), liquido (l), solido (s) e in soluzione acquosa (aq).

Talvolta, per indicare che dalla reazione si sviluppa un gas che tende ad allontanarsi dall'ambiente di reazione, si scrive una freccia verso l'alto (↑). Allo stesso modo, se si forma un solido che precipita, si scrive una freccia che punta verso il basso (↓).

Poiché qualsiasi trasformazione chimica soddisfa la legge di conservazione della massa, cioè la legge di Lavoisier, il numero di atomi di ciascuna specie chimica deve rimanere inalterato tra i reagenti e i prodotti. Le equazioni chimiche vanno bilanciate.

II numero di atomi di ciascuna specie è diverso a destra e a sinistra della freccia di reazione: abbiamo 4 atomi di idrogeno tra i reagenti ma solo 2 atomi di idrogeno in una molecola di acqua tra i prodotti.
I coefficienti stechiometrici sono i numeri con cui si può mantenere,

per ciascuna specie, l'uguaglianza tra il numero di atomi dei reagenti

e quello dei prodotti.

I passaggi fondamentali per scrivere una corretta equazione di reazione sono:

1. stabilire quali sono i reagenti e i prodotti;

2. scrivere le formule dei reagenti e dei prodotti (gli indici numerici di tali formule non devono mai essere modificati durante il bilanciamento, perché ciascuna formula descrive l'esatta composizione di una sostanza);

3. bilanciare lo schema di reazione introducendo i coefficienti stechiometrici, che consentono di conservare inalterato il numero di atomi di ciascuna specie chimica.