Le Reazioni Inorganiche: Formazione di Sali Ternari da un metallo e un non-Metallo
Formazione del sale ternario Solfito di Calcio (CaSO3)

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 Zolfo Solforoso (S+4) e il metallo sia Calcio (Ca+2).


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

Nello schema a lato, qui a destra, è riportato quanto detto.
  Calcio     Zolfo  
+O2 +O2
 Ossido di  Calcio   Anidride  Solforosa  
+H2O +H2O
 Idrossido di  Calcio   Acido  Solforoso  
    Solfito di Calcio    


Pareggiando le valenze tra Zolfo (S+4) e Ossigeno (O-2) ricaviamo la formula dell'Anidride Solfrosa;
pareggiando le valenze tra Calcio (Ca+2) e Ossigeno (O-2) ricaviamo la formula dell'Ossido di Calcio;

il pareggiamento si raggiunge a +4 | -4 per l'anidride e +2 | -2 per l'ossido.

S+4O-2
O-2
+4-4
Ca+2O-2
+2-2



Per l'Anidride Solforosa si ottiene allora: SO2; mentre per l'Ossido di Calcio si ha: CaO




Si possono scrivere, bilanciate, le reazioni di ottenimento dei 2 composti trovati, iniziando con l'Anidride Solforosa:

S8 + 8O2 8 SO2

e continuando con l'Ossido di Calcio:

2 Ca + O2 2CaO


scriviamo la reazione di ottenimento dell'Acido Solforoso:

SO2 + H2O H2SO3



e pareggiamo le valenze tra Ca+2 e OH- per ricavarci la formula dell'Idrossido di Calcio:

Ca+2OH-
OH-
+2-2

ottenendosi la formula Ca(OH)2 mentre la corrispondente reazione, opportunamente bilanciata, è:

CaO + H2O Ca(OH)2






A questo punto abbiamo sia la formula dell'Acido solforoso, sia quella dell'Idrossido di Calcio, 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 Solforoso e l'idrossido di Calcio:

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 SOLFITO SO3-2, che da' il nome al sale; per cui si può scrivere il seguente schema di dissociazione:

    H2SO3 + Ca(OH)2
H+SO3-2 Ca+2OH-
H+ 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 Ca+2 si lega all'anione Solfito SO3-2 per dare il sale Solfito di Calcio, pareggiando le valenze:

Ca+2SO3-2
+2-2


Per il Solfito di Calcio si ottiene allora la formula: CaSO3

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

H2SO3 + Ca(OH)2 CaSO3 + 2H2O



Non resta che passare 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 4,01 g di Acido Solforoso con una quantità in eccesso di Idrossido di Calcio; calcolare la quantità in grammi di Solfito di Calcio che si forma se l'acido reagisce completamente.

Se sappiamo che l'acido messo a reagire ammonta a 4,01 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 Solforoso e il Solfito di Calcio e i coefficienti, intesi come quantità espresse in moli, sono 1, sottinteso, sia per l'Acido Solforoso che per il Solfito di Calcio.

In ragione di questo si ha

1 : 1

chiamato

RAPPORTO TEORICO MOLARE DI REAZIONE


e questo significa che se si mettessero (ecco perchè TEORICO) a reagire 1 mole di acido, si formerebbe da essa 1 mole di sale.
In realtà le moli di acido messe a reagire sono quelle corrispondenti a 4,01 grammi e possono essere calcolate, sapendo la massa, con la formula:

nH2SO3=mH2SO3/MMH2SO3

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:

PMH2SO3 = 2PAH+PAS+3PAO = 2+32+316 = 82
MMH2SO3 = 82 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

nH2SO3= mH2SO3/MMH2SO3= 4,01 g/82g/moli = 0,0489 moli

In tal modo si sono trasformati i grammi in moli di acido messe a reagire.
Queste moli produrrano nCaSO3 moli di sale e quindi si può impostare il

RAPPORTO MOLARE ATTUALE DI REAZIONE

vale a dire

nH2SO3: nCaSO3

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

cioè:

1 : 1 = nH2SO3 : nCaSO3

ottenendo dalla proporzione:

nCaSO3 = nH2SO3/2 = 0,0489/2 = 0,0244 moli (di sale)

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

mCaSO3 = nCaSO3 MMCaSO3

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:

PFCaSO3 = PACa + PAS + 3PAO = 40 + 32 +316 = 120

e quindi il dato che ci serve è

MMCaSO3 = 120 g/moli

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

mCaSO3 = 0,244 120 = 29,3 g


Realizzazione a cura di Angelo Salaris (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