Stechiometria chimica e gas

La stechiometria chimica descrive le relazioni quantitative tra reagenti e prodotti nelle reazioni chimiche.

Oltre a misurare quantità di reagenti e prodotti utilizzando masse per solidi e volumi in combinazione con la molarità per le soluzioni; ora, i volumi di gas possono anche essere utilizzati per indicare le quantità. Se il volume, la pressione e la temperatura di un gas sono noti, allora può essere utilizzata l’equazione del gas ideale per calcolare quante talpe del gas sono presenti. Al contrario, se la quantità di talpe di gas è nota, è possibile determinare il volume di un gas a qualsiasi temperatura e pressione.

Ad esempio, calcoliamo il volume di idrogeno a 27 °C e 723 torr preparato dalla reazione di 8,88 g di gallio con un eccesso di acido cloridrico.

In primo luogo, convertire la massa fornita del reagente limitante, Ga, in talpe di idrogeno prodotte:

Convertire i valori di temperatura e pressione forniti in unità appropriate (rispettivamente K e atm), quindi utilizzare la quantità molare di idrogeno gassoso e l’equazione del gas ideale per calcolare il volume di gas:

Rivisitata la legge di Avogadro

Si può anche sfruttare una semplice caratteristica della stechiometria dei gas che solidi e soluzioni non mostrano: tutti i gas che mostrano un comportamento ideale contengono lo stesso numero di molecole nello stesso volume (alla stessa temperatura e pressione). Pertanto, i rapporti dei volumi di gas coinvolti in una reazione chimica sono dati dai coefficienti nell’equazione per la reazione, a condizione che i volumi di gas siano misurati alla stessa temperatura e pressione.

La legge di Avogadro può essere estesa (che il volume di un gas è direttamente proporzionale al numero di talpe del gas) alle reazioni chimiche con i gas: I gas si combinano, o reagiscono, in proporzioni definite e semplici in volume, a condizione che tutti i volumi di gas siano misurati alla stessa temperatura e pressione.

Ad esempio, poiché i gas azoto e idrogeno reagiscono per produrre gas ammoniacale secondo

un dato volume di gas azoto reagisce con tre volte quel volume di idrogeno gassoso per produrre due volte quel volume di gas ammoniacale se la pressione e la temperatura rimangono costanti.

Secondo la legge di Avogadro, volumi uguali di N₂gassoso, H₂e NH 3 , alla stessa temperatura e pressione,_contengonolo stesso numero di molecole. Poiché una molecola di N₂ reagisce con tre molecole di H₂ per produrre due molecole di NH₃, il volume di H₂ richiesto è tre volte il volume di N₂e il volume di NH₃ prodotto è due volte il volume di N₂.

Questo testo è adattato da Openstax, Chimica 2e, Capitolo 9.3 Stechiometria di Sostanze Gassose, Miscele e Reazioni.