Le Reazioni Inorganiche: Formazione di Sali Ternari da un metallo e un non-Metallo
Formazione del sale ternario Perclorato di Cromo (Cr(ClO4)3)

Si vogliano scrivere e bilanciare le reazioni necessarie per ottenere un sale ternario, partendo da un metallo e da un non-metallo.
Ammettiamo che il non-metallo sia Cloro perclorico (Cl+7) e il metallo sia Cromo (Cr+3).



L'esercizio va svolto facendo riferimento allo

schema generale delle reazioni

che conducono alla formazione del sale ternario, partendo da metallo e non metallo;

  • il metallo dà, per reazione con Ossigeno, l'ossido: nel caso in esame Ossido di Cromo;
  • l'ossido di Cromo ottenuto vien fatto reagire con acqua, ottenendosi l'Idrossido di Cromo;
  • il non metallo dà, per reazione con Ossigeno, l'anidride;nel caso in esame Anidride Perclorica;
  • l'Anidride Perclorica ottenuta forma, fatta reagire con acqua, l'Acido Perclorico;
  • infine il sale, vale a dire il Perclorato di Cromo si sintetizza per reazione diretta tra idrossido e ossiacido.

Nello schema a lato, qui a destra, è riportato quanto detto.

Cromo Cloro
+O2 +O2
Ossido di Cromo Anidride Perclorica
+H2O +H2O
Idrossido di Cromo Acido Perclorico
    Perclorato di Cromo    

Pareggiando le valenze tra Cloro perclorico (Cl+7) e Ossigeno (O-2) ricaviamo la formula dell'Anidride perclorica;
pareggiando le valenze tra Cromo (Cr+3) e Ossigeno (O-2) ricaviamo la formula dell'Ossido di Cromo;

il pareggiamento si raggiunge a +14 | -14 per l' Anidride perclorica e a
+6 | -6 per l'Ossido di Cromo.

Cl+7O-2
Cl+7O-2
O-2
O-2
O-2
O-2
O-2
+14-14
Cr+3O-2
Cr+3O-2
O-2
+6-6



Per l'Anidride perclorica si ottiene: Cl2O7; e per l'Ossido di cromo si ha: Cr2O3


A questo punto scriviamo e bilanciamo le reazioni di ottenimento dei 2 composti trovati, iniziando con l'Anidride perclorica:

2Cl2 + 7O2 2Cl2O7

e continuando con l'Ossido di Cromo:

4Cr + 3O2 2Cr2O3


scriviamo la reazione di ottenimento dell'Acido Perclorico:

Cl2O7 + H2O 2HClO4



e pareggiamo le valenze tra Cr+3 e OH- per ricavarci la formula dell'Idrossido di Cromo:

Cr+3OH-
OH-
OH-
+3-3

ottenendosi la formula Cr(OH)3 mentre la corrispondente reazione, opportunamente bilanciata, è:

Cr2O3 + 3H2O 2Cr(OH)3



Abbiamo così sia la formula dell'Acido Perclorico, sia quella dell'Idrossido di Cromo, e possiamo scrivere la reazione tra i due. Per potersi ricavare i prodotti di reazione e le loro formule, occorre tener presente come si "dissociano" l'acido Perclorico e l'idrossido di Cromo:

il primo, cioè l'acido, libera ioni idrogeno H+

il secondo, cioè l'idrossido, libera ioni ossidrili OH-,

e contemporaneamente si forma lo ione negativo PERCLORATO ClO4-, che da' il nome al sale; per cui si può scrivere il seguente schema di dissociazione:

HClO4 + Cr(OH)3
H+ClO4- Cr+3OH-
OH-
OH-
H2O

e così si capisce facilmente che gli ioni idrogeno H+ si legano 1:1 agli ioni ossidrili OH- per formare H2O, cioè Acqua; e il catione Cr+3 si lega all'anione Perclorato ClO4- per dare il sale Perclorato di Cromo, pareggiando le valenze:

Cr+3ClO4-
ClO4-
ClO4-
+3-3



Per il Perclorato di Cromo si ottiene allora la formula: Cr(ClO4)3



e per finire, si ha la seguente reazione già opportunamente bilanciata:

3 HClO4 + Cr(OH)3  Cr(ClO4)3 + 3H2O



Passiamo ora alla parte numerico-stechiometrica dell'esercizio, calcolando quanto sale si forma se è nota la quantità di acido o di idrossido messa a reagire.

Supponiamo di mettere a reagire 1,27 g di acido Perclorico con una quantità in eccesso di idrossido di Cromo; calcolare la quantità in grammi di Perclorato di cromo che si forma se l'acido reagisce completamente.

Se sappiamo che l'acido messo a reagire ammonta a 1,27 g, ci deve essere un modo per calcolare la quantità di sale che si forma: è ragionevole pensare che le varie quantità reagiscano in modo proporzionale tra loro (ed è quello che afferma la legge empirica delle proporzioni definite e costanti di Proust).

Impostando quindi una proporzione è possibile passare dalla quantità di Acido messa a reagire, alla quantità di sale che si forma; una complicazione consiste nel fatto che le quantità devono essere espresse in MOLI e non in grammi.

Cosa si utilizza per impostare la proporzione? Si usano i

coefficienti stechiometrici di reazione

delle sostanze considerate, cioè i

coefficienti numerici che compaiono nella reazione bilanciata davanti alle sostanze coinvolte nel calcolo;

nel nostro caso le sostanze sono per ipotesi l'acido Perclorico e l'Idrossido Cromico e i coefficienti, intesi come quantità espresse in moli, sono 3 per l'acido Perclorico e 1, sottinteso, per il Perclorato di cromo.

In ragione di questo si ha

3 : 1

chiamato

RAPPORTO TEORICO MOLARE DI REAZIONE


e questo significa che se si mettessero (ecco perchè TEORICO) a reagire 3 moli di acido, si formerebbe da esse 1 mole di sale.
In realtà le moli di acido messe a reagire sono quelle corrispondenti a mHClO4 = 1,27 grammi e possono essere calcolate, sapendo la massa, con la formula:

nHClO4 = mHClO4/MMHClO4

Dove MM indica la massa molare, ossia la massa di una mole, che si può determinare dal Peso Molecolare o dal Peso Formula della sostanza considerata, a seconda che quest'ultima sia di natura molecolare o ionica.
Nel caso in esame si deve calcolare il Peso Molecolare PM:

PMHClO4 = PAH+PACl+4•PAO = 1+35+4•16 = 100
MMHClO4 = 100 g/moli

dal momento che la massa molare è data dal Peso Molecolare espresso in g/moli.
Di conseguenza, sostituendo e facendo i calcoli si trova

nHClO4 = mHClO4/MMHClO4 = 1,27 g/100g/moli = 0,0127 moli


In tal modo si sono trasformati i grammi in moli di acido messe a reagire.
Queste moli produrrano nCr(ClO4)3 moli di sale e quindi si può impostare il

RAPPORTO MOLARE ATTUALE DI REAZIONE

vale a dire

nHClO4: nCr(ClO4)3

La proporzione che consente di ottenere le moli di sale che si formano attualmente (cioè nell'esempio specifico, quindi veramente) si ricava uguagliando

RAPPORTO TEORICO = RAPPORTO ATTUALE

vale a dire:

3 : 1 = nHClO4 : nCr(ClO4)3

ottenendo dalla proporzione:

nCr(ClO4)3 = nHClO4/3 = 0,0127/3 = 0,00423 moli (di sale)

Nell'ultimo passaggio dalle moli di sale si ottengono i grammi di sale con la formula inversa

mCr(ClO4)3 = nCr(ClO4)3MMCr(ClO4)3

l'ultimo problema da risolvere è il calcolo della massa molare del sale, che non è nota.
Essa si determina dal Peso Formula del sale (si badi bene che non si può parlare di Peso molecolare per un sale, dal momento che si tratta di una sostanza ionica).
Dunque si ha:

PFCr(ClO4)3 = PACr + 3•PACl + 12•PAO = 137 + 3•35 +12•16 = 434

e quindi il dato che ci serve è

MMCr(ClO4)3 = 434 g/moli

e così, per quanto detto in precedenza, si ha:

mCr(ClO4)3 = 0,00423 434 = 1,84 g


Realizzazione a cura di Claudio Alias (2B CAT) e prof. Cosimo Strusi nell'ambito dell'attività laboratoriale "Web per la chimica" A.S. 2012/2013 presso
l'ITGC "Don Gavino PES" di Tempio Pausania