Le Leggi ponderali

Classi primeBiennio IndustrialiAnno Scolastico 2010/2011

Obiettivi Verificare la legge di Lavoisier raccogliendo e

confrontando dati sperimentali ottenuti in laboratorio

Verificare la legge di Proust raccogliendo e confrontando dati sperimentali ottenuti in laboratorio

Acquisire esperienza diretta sulle reazioni chimiche per riconoscere quando queste avvengono

Comprendere come l’impostazione del metodo di lavoro possa influenzare l’esito di un esperimento

Legge di Lavoisier

Quando una reazione chimica avviene in un ambiente chiuso: La somma delle masse dei reagenti è uguale alla

somma delle masse dei prodotti Un sistema di reazione si definisce chiuso

quando: Non scambia materia con l’ambiente circostante (può

scambiare energia) Viene chiamata anche:

Legge della conservazione della massa

Legge di Lavoisier

• In una reazione chimica– La somma delle masse dei reagenti è

uguale alla somma delle masse dei prodotti• Legge della conservazione della massa• Deriva dal principio di conservazione– Niente si crea e niente si distrugge

Significato di legge e di ponderale• La legge descrive un fenomeno, anche

matematicamente, ma non lo spiega• Invece la teoria offre anche una

spiegazione al fenomeno• Le 3 leggi ponderali e la teoria atomica• Le 3 leggi di Keplero e la Teoria gravitazionale

di Newton• Sono leggi che studiano le masse delle

sostanze coinvolte nelle reazioni (ponderale = relativo al peso)

La I legge matematicamente

• La prima legge può quindi essere rappresentata da una relazione matematica• mR = mP

• mR = mP

• Per esempio• A + B C + D• mA + mB = mC + mD

Applicazione della Legge di Lavoisier 2H2(g) + __O2(g) → 2H2O(l) 4 g + 32 g = 36 g Conoscendo le masse dei reagenti si può

prevedere la massa dei prodotti ottenibili 2 g + 16 g = 18 g Il bilanciamento delle equazioni chimiche è

una applicazione della legge Nessun atomo si crea né si distrugge

Legge di Proust

Quando due o più elementi si combinano (reagiscono) per dare un composto…Le masse dei reagenti stanno fra loro

secondo rapporti definiti e costanti è chiamata anche

Legge delle proporzioni definite e costanti

La II legge in matematica

• Anche la legge di Proust può essere espressa in forma matematica semplice

• Per una reazione tipo• A + B AB• mA/mB = cost.

• Quindi, per la formazione di acqua (H2O)• 2g di H reagiscono sempre con 16 g di O• 1 mg di H reagisce con 8 mg di O• 32 t di O reagiscono con 4 t di H• 0,35 g di H reagiscono con• 2,8 (=0,35*8) g di O• Il rapporto delle masse è sempre di 1:8

Esercizio n° 14 di pg 85

• 28 g di S (zolfo) si combinano completamente con il Fe (ferro), e si ottengono 77 g di solfuro di ferro. Se avessimo una miscela costituita da 28 g di S e da 65 g di Fe, quale massa di solfuro di ferro otterremo?

• S + Fe FeS• 28g 49g 77g• 28g 65g 77g + 16gFe

• Quanto zolfo in più devo fornire alla reazione?

Soluzione

Applicazioni della Legge di Proust 2H2(g) + O2(g) → 2H2O(l) 4g + 32g = 36g Il rapporto di combinazione tra le masse di

idrogeno e ossigeno, per formare l'acqua, è sempre di 1:8

H2(g) + O2(g) → H2O2(l) 2g + 32g = 34g

Esercizio Determinare quanta acqua si forma facendo

reagire idrogeno e ossigeno con i seguenti rapporti di massa

2H2(g) + O2(g) → 2H2O(l) 56g + 34g = xg Determinare anche il reagente in eccesso e di

quanto è in eccesso 1g:8g=xg:34g xg = (1gx34g)/8g = 4,25 g di idrogeno Avanzano 51,75 g di idrogeno Si ottengono 38,25 g di acqua

Verifica della legge di Lavoisier

Esperienza 1 Verificare se la somma della massa dei reagenti

è uguale alla somma della massa dei prodotti Si opera in ambiente chiuso (senza scambio di

materia) Deve essere chiaro che sta avvenendo una reazione

chimica Avviene un cambiamento di colore che denota una reazione

chimica Si forma anche un precipitato, cioè una sostanza solida

(sale) insolubile che si deposita sul fondo del recipiente di reazione

La reazione di precipitazione Pb(NO3)2 + 2KI PbI2↓ + 2KNO3 Nitrato di piombo + ioduro di potassio ioduro di piombo (precipita giallo) +

nitrato di potassio (solubile in acqua) Come avete operato?

Si effettuano due prove Una con ambiente di reazione aperto Una con ambiente di reazione chiuso Si misura la massa del sistema con le due soluzioni separate Si fanno reagire mischiando le due soluzioni (avviene una reazione

perché si forma un precipitato giallo) Si misura la massa del sistema dopo la reazione

Composizione del sistema di reazione Beuta Provetta Tappo

La reazione di formazioni di CO2

Na2CO3 + 2HCl CO2↑ + H2O + 2NaCl Carbonato di sodio + acido cloridrico anidride carbonica (si disperde in

aria) + cloruro di sodio (sale solubile in acqua) + acqua Come si opera?

Si effettuano due prove Una con ambiente di reazione aperto Una con ambiente di reazione chiuso Si misura la massa del sistema con l’acido e il sale separati Si fanno reagire mischiando le due soluzioni (avviene una reazione

perché si forma un’effervescenza di CO2) Si misura la massa del sistema dopo la reazione

Composizione del sistema di reazione Beuta Provetta Tappo o palloncino (solo per il sistema chiuso)

Verifica della legge di Proust Principio teorico

Si studia una reazione che avviene in modo completo: 2HCl + Zn ZnCl2 + H2↑ 72,9g + 65,4g=136,3+2,0g

Si utilizza HCl in eccesso: 50 mL concentrazione 1:1 Si misura la massa dello ZnCl2 da cui si sottrae la massa dello Zn

per ottenere la massa del Cl (applicando la legge di Lavoisier) Si calcola il rapporto di massa tra il Cl e lo Zn per ottenere tanti

valori sperimentali quante sono le determinazioni (gruppi di lavoro)

Si calcola il rapporto teorico ottenibile dalla formula dello ZnCl2 e si effettua il calcolo dell’errore relativo percentuale

Dal confronto dei dati ottenuti con il rapporto teorico si può verificare se la legge di Proust è stata dimostrata Cioè quando due o più elementi si combinano per dare un

composto lo fanno secondo rapporti di massa definiti e costanti

Domanda n°2

22 g di prodotto 6 g di un reagente Quanti g dell’altro reagente servono? Basta fare una sottrazione

22g – 6g = 16g Per risolvere si applica la legge di

Lavoisier

Domanda n°3

108 g di reagente Si ottengono 100 g di prodotto Quanti g dell’altro prodotto otteniamo? Basta fare una sottrazione

108g – 100g = 8g Per risolvere si applica la legge di

Lavoisier

Domanda n° 4

Il rapporto di massa mCa/mO = 1,5 Si risolve con una proporzione Si risolve anche con la formula inversa

OCa mm 5,1CaOCaO xgggg :0,25,1:1

Esercizio Calcolare quanta anidride carbonica si produce

bruciando un sacchetto di carbone da 10 kg per arrostire i muggini

Si deve conoscere la reazione di combustione del carbonio C + O2 CO2 12g + 32g x (gCO2)

12gC:10kgC=32gO:xkgO x(kgO)=(10x32)/12=26,7 kgO 10 kg + 26,7 kg =36,7 kg CO2

Esercizio 2

Calcolare quanto azoto è necessario per produrre 45 g di ammoniaca se ho la possibilità di avere a disposizione tutto l’idrogeno necessario

È necessario conoscere il rapporto di combinazione N2 + 3H2 2NH3 equazione bilanciata 14g + 3g x g 14(gN2):17(gNH3)=x(gN2):45(gNH3) x = (14x45)/17 = 37,0 g N2 45 – 37 = 8 g H2

Esercizio 3

22 grammi di sodio (Na) reagiscono con 13 grammi di ossigeno (O2) secondo la reazione seguente: 4Na + O2 2Na2O 46 gNa + 16 gO2 ? (gNa2O)

Determinare quale dei due reagenti è in eccesso e di quanto

Calcolare quanto ossido di sodio (Na2O) si ottiene

La legge di Dalton Legge delle proporzioni multiple Quando un elemento si combina con una

quantità fissa di un altro elemento, per formare composti diversi,...

...lo fa secondo rapporti di massa, dello stesso elemento, semplici e interi

2C + O2 → 2CO 24g+32g=56g C + O2 → CO2 12g+32g=44g

Altri esempi

2H2 + O2 → 2H2O 4g+32g=36g H2 + O2 → H2O2 2g+32g=34g 4Fe + 3O2 → 2Fe2O3 224g+96g=320g di ossido ferrico 2Fe + O2 → 2FeO 112g+32g=144g di ossido ferroso

Come creare un riferimento fisso A. 4Fe + 3O2 → 2Fe2O3

224g+96g=320g di ossido ferrico B. 2Fe + O2 → 2FeO

112g+32g=144g di ossido ferroso Si moltiplicano per 2 le masse relative alla

reazione B. 2x112g+2x32g=2x144g 224g+64g=288g

Il rapporto delle masse dell’ossigeno nei due composti si ottiene dal rapporto mOA/mOB= 96/64=6/4=3/2

Teoria atomica di Dalton La materia è formata da particelle chiamate atomi Gli atomi sono invisibili (troppo piccoli) e indivisibili Nelle reazioni chimiche gli atomi si combinano in

numeri interi Gli atomi di elementi diversi sono diversi e in

particolare hanno masse diverse Gli atomi dello stesso elemento sono identici Gli atomi possono legarsi tra loro per formare

composti diversi

Esercizio sulla prima legge Da una reazione chimica abbiamo ottenuto

45 g di una sostanza C e 21 g di una sostanza D.

Calcolare la massa del reagente B sapendo che la massa del reagente A che abbiamo consumato è di 15 g.

Scrivi l'equazione chimica. A + B → C + D 15g+xgB=45g+21g (45+21)-15=xg66-15=51g di B

ΣmR=ΣmP

Esercizio sulla seconda legge

L'idrogeno (H2) reagisce con l'azoto (N2) per dare ammoniaca (NH3)

Scrivi l'equazione chimica bilanciata Calcola quanto azoto devo consumare se

faccio reagire 67g di idrogeno sapendo che 6 g di idrogeno reagiscono sempre con 28 g di azoto per dare ammoniaca

Calcolare anche quanta ammoniaca si forma 3H2 + N2 → 2NH3

Un problema industriale

Un'industria vuole produrre 75 tonnellate di ammoniaca (NH3) sintetizzandola dall'idrogeno (H2) e dall'azoto (N2)

Sapendo che l'azoto si può ricavare gratis dall'aria calcola la quantità di idrogeno che l'ufficio commerciale deve comprare

Scrivi la reazione ed effettua i calcoli 3H2 + N2 → 2NH3 6g + 28g = 34g

Approfondimento - bilanciamento

2N2 + 5O2 → 2N2O5Sintesi

Na2SO4 + Pb(NO3)2 → PbSO4 + 2NaNO3Doppio scambio

2KOH + H2SO4 → K2SO4 + 2H2ODoppio scambio (acido-base)

Al2(SO4)3 + 3Ca(OH)2 → 2Al(OH)3 + 3CaSO4Doppio scambio

Approfondimento - Proust

Pirite – FeS2 In Spagna si estrae un minerale con x%

ferro (Fe) e y% di zolfo (S) Negli Stati Uniti d'America si estrae lo

stesso tipo di minerale con le stesse percentuali in massa di Fe e S.

Perchè a Camedda sembra normale? Calcola le due percentuali x e y!

Soluzione MAFe = 56 MAS = 32 → 2x32 = 64 MMFeS2 = 56 + (32x2) = 120 %Fe = 100*(56/120) = 47% %S = 100*(64/120) = 53% Abbiamo dimostrato che conoscendo la

formula di un composto possiamo risalire alla sua composizione elementare

In realtà si realizza il processo inverso

Approfondimento - Dalton

Pb O 207,0g 16,0g Pb O 310,5g 48,0g Qual è il rapporto di combinazione del

piombo nei due composti rispetto ad 1 g di O?

È un rapporto piccolo e intero?