RESA DI UNA REAZIONE CHIMICA

Una reazione chimica può essere rappresentata qualitativamente e quantitativamente dalla corrispondente equazione chimica bilanciata in cui compaiono, alla destra della freccia di reazione, i reagenti e alla sinistra i prodotti.

αA(sf) + βB(sf) → γC(sf) + δD(sf)

dove:

  • α, β, γ, δ sono i coefficienti stechiometrici con cui si indicano il numero di molecole o di moli di ciascuna specie chimica che partecipa alla reazione;
  • A, B, C, D rappresentano le specie chimiche coinvolte nella reazione indicate con la loro formula bruta;
  • sf indica lo stato fisico di aggregazione, ovvero se solido (s), liquido (l), gassoso (g) o in soluzione (sol).

La resa teorica è la quantità di prodotto teoricamente ottenibile se i reagenti si trasformassero completamente durante la reazione chimica. Sappiamo però che ciò non è mai raggiungibile in quanto è possibile che succedano diversi “inconvenienti” durante l’esecuzione pratica. Ad esempio:

  • è impossibile far reagire in quantità stechiometriche esatte i due reagenti, vi è sempre un eccesso, anche se infinitesimale, dell’uno o dell’altro, per cui dopo lo svolgimento della reazione chimica nell’ambiente di reazione si trovano sia i prodotti di reazione sia i reagenti;
  • Sviluppo di reazioni chimiche indesiderate dovute alla presenza di altre componenti, come l’aria, impurità od altro, presenti nell’ambiente di reazione;
  • Perdite di prodotti per varie cause legate alle modalità del recupero degli stessi.

In questa esperienza prenderemo in considerazione la seguente reazione chimica:

Na2CO3 (sol) + CaCl2 (sol) → CaCO3 (s) + 2 NaCl (sol)

Il carbonato di sodio reagisce con il cloruro di calcio per formare un precipitato bianco di carbonato di calcio e cloruro di sodio in soluzione. Come si vede dall’equazione chimica bilanciata, i due reagenti (Na2CO3 e CaCl2) si combinano in quantità equimolecolari, ovvero ad ogni mole (o molecola) del primo reagente si combina un quantitativo in mole (o molecole) uguale del secondo reagente per formare altrettante moli (o molecole) di carbonato di calcio e un numero doppio di moli (o molecole) di cloruro di sodio.

Se, per un qualsiasi motivo, volessimo recuperare tutto il carbonato di calcio che si formerà dalla reazione chimica, dovremmo adottare una tecnica appropriata tale da riuscire ad ottenerne il quantitativo più alto possibile. Ad esempio, la filtrazione ci consentirà di trattenere nel filtro tutto o la maggior parte del precipitato di CaCO3 indisciolto che si produrrà durante la reazione. Vediamo in dettaglio una prova effettuata in laboratorio.

RESA DI UNA REAZIONE CHIMICA

Obiettivo: determinare la resa percentuale di carbonato di calcio ottenuto nella reazione chimica tra carbonato di sodio e cloruro di calcio.

Materiale:

  • 2 palloni tarati da 50ml;
  • 2 beute da 250ml;
  • Imbuto di vetro;
  • Filtro di carta;
  • Bacchetta di vetro;
  • Bilancia tecnica con sensibilità 0,01g;
  • Stufa termostatica;
  • Essiccatore;
  • Pinzette metalliche.

Sostanze:

  • 50 ml di una soluzione di CaCl2 0,5M;
  • 50 ml di una soluzione di Na2CO3 0,5M;
  • Acqua distillata.

Valutazione dei rischi:

Il carbonato di sodio bisognerà maneggiarlo con cura, possibilmente indossando guanti e occhialetti di protezione, perchè potrebbe dare delle irritazioni, se ne allega la scheda di sicurezza in link sul nome del prodotto. Stessa cosa vale per il cloruro di calcio e il carbonato di calcio. Eseguire tutte le operazioni in presenza dell’insegnante.

Procedimento:

  • Preparare accuratamente i due reagenti (50 ml di una soluzione di CaCl2 0,5M e 50ml di una soluzione di Na2CO3 0,5M) utilizzando palloni tarati da 50ml;
    Reagenti preparati in pallone da 50ml
  • Versare i due reagenti in una beuta da 250ml, perfettamente pulita ed asciutta, aiutandosi possibilmente con una bacchetta di vetro;
    Reagente versato in beuta
    Secondo reagente versato in beuta
  • Sciacquare tre volte, con qualche millilitro di acqua distillata, i due palloni che contenevano i reagenti e versare l’acqua di lavaggio sempre nella beuta da 250ml;
  • Attendere qualche minuto affinchè la reazione chimica avvenga completamente. Si noterà la formazione di un precipitato bianco di CaCO3 ;
    Formazione di precipitato di carbonato di calcio
  • Pesare il filtro di carta che dovrà essere utilizzato per la filtrazione;
  • Porre su di una seconda beuta da 250 ml un imbuto di vetro e il filtro di carta per effettuare la filtrazione;
  • Subito dopo aver agitato la sospensione di CaCO3 versarla sul filtro della seconda beuta e attendere che avvenga la filtrazione;
    Filtrazione della sospensione di carbonato di calcio
  • Sciacquare almeno tre volte la beuta che conteneva la sospensione di CaCO3 con qualche millilitro di acqua distillata e raccogliere il tutto sempre nella seconda beuta;
    Carbonato di calcio su filtro
  • Prelevare il filtro contenente la polvere di CaCO3 ed essiccarlo in una stufa termostatata a 120°C per qualche ora;
    Filtro con carbonato di calcio in forno termostatato
  • Conservare il filtro con il CaCO3 in essiccatore fino a che raggiunga la temperatura ambiente;
    Filtro con carbonato di calcio in essiccatore
  • Pesare velocemente il filtro con il CaCO3 sulla bilancia tecnica.

Dati:

  • Massa del filtro 1,05g;
  • Massa del filtro con il CaCO3 dopo essicamento 3,41g.

Calcoli:

Per determinare la resa teorica in grammi del prodotto di reazione CaCO3, si dovranno calcolare le moli che si sarebbero dovute formare a partire dal numero di moli dei reagenti, ovvero:

essendo la molarità  M = n.moli / V (l)

il n. moli di CaCl2 presenti in 50ml di soluzione alla concentrazione 0,5M saranno dati dalla formula inversa: n.moli di CaCl2 = M * V(l) = 0,5 * 0,050 l = 0,025 moli di CaCl2 presenti in 50 ml di soluzione.

Essendo il rapporto stechiometrico tra reagenti e prodotto in oggetto, 1:1, come si evince dall’equazione chimica:    Na2CO3 (sol) + CaCl2 (sol) → CaCO3 (s) + 2 NaCl (sol)

possiamo affermare che il numero moli di CaCl2 (0,025) sarà uguale al numero moli di CaCO3 e, moltiplicando tale valore per il peso molecolare del CaCO3, che è di 100,09, si otterranno i grammi di quest’ultimo, ovvero:

grammi teorici di CaCO3 = n.moli di CaCO3 * PM (CaCO3) = 0,025 * 100,09 = 2,50g di CaCO3

La massa di CaCO3 ottenuta nell’esperienza sarà data dalla differenza tra la massa del filtro contenente il CaCO(3,41g) e la massa del solo filtro (1,05g):

massa di CaCO3 = 3,41g – 1,05g = 2,36g

Quindi i grammi di CaCO3 che avremmo dovuto ottenere in teoria sarebbero dovuti essere 2,50g, in pratica ne abbiamo ottenuti 2,36g. Per calcolare la resa percentuale si applica la seguente formula:

resa % di CaCO3 = massa di CaCO3 / massa teorica di CaCO3 * 100

resa% di CaCO3 = 2,36g / 2,50g * 100 = 94,4%

Osservazioni:

In questa esperienza la resa% di CaCO3 è abbastanza alta ma potrebbe essere aumentata se si adottassero alcuni accorgimenti come ad esempio l’utilizzo di pochissima acqua distillata per i lavaggi e temperature più basse, magari allungando i tempi, per l’essiccamento del carbonato onde evitare il più possibile la sua decomposizione.

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Un commento su “RESA DI UNA REAZIONE CHIMICA

  1. AvatarPippo il said:

    Ottima relazione, ed interessante esperienza di laboratorio. Complimenti admin sempre ben chiaro e dettagliato nell’esposizione di queste esperienze, senz’altro utili agli alunni.

    Rating: 5.0/5. From 1 vote.
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