Calcoli stechiometrici: che cosa sono? Come si effettuano?

La stechiometria è quella branca della chimica che studiano i rapporti tra le combinazioni di vari elementi che vanno a formare altre sostanze e composti, che hanno una reazione chimica. Ma come si effettuano dei calcoli stechiometrici? E chi ha ideato questi calcoli?

I calcoli

Per effettuare dei calcoli stechiometrici, bisogna seguire una procedura, che prevede questi passaggi:

• bilanciare una reazione chimica data e verificarla, e si può capire che è bilancia quando i coefficienti corrispondono al numero totale di atomi;
• calcolare la massa molecolare;
• calcolare il numero di moli effettivi della sostanza, della massa che si conosce;
• verificare che i rapporti tra i moli delle sostanze e quelli teorici;
• calcolare i moli effettivi delle sostanze che si stanno esaminando;
• calcolare la massa incognita.

Questi calcoli hanno diversi livelli di difficoltà, a seconda dell’elemento in questione. Ad esempio, il calcolo di come il magnesio reagisce all’arsenico, è un calcolo di livello medio-basso.

Qui se ne può trovare un esempio, che esamina la reazione bilanciata con cui si ottiene il solfato di rame, ovvero: H₂SO₄ + Cu(OH)₂ => CuSO₄ + 2 H₂O. Questa equazione si traduce così: l’acido solforico unito all’idrossido rameico produce del solfato di rame e acqua.

Gli studenti che cominciano a fare tali calcoli, per eseguirli correttamente, devono imparare prima di tutto le nozioni basi, bilanciando poi l’equazione in modo che sia in linea con il calcolo stechiometrico, e per fare ciò bisogna modificare unicamente i coefficienti, anziché i numeri subscritti. Queste equazioni bilanciate si potranno usare per applicazioni pratiche, per individuare reagenti limitanti, calcolare la resa teorica e creare dei fattori di conversioni della reazione.

I fondatori della stechiometria

Ad aver gettato le basi della stechiometria, è stato il chimico tedesco Jeremias Benjamin Richter, che riteneva che la chimica non poteva non basarsi su strutture matematiche. Nato nel 1762, Richter fu analista all’Ufficio delle miniere di Braslavia ed anche chimico in un laboratorio di coloranti in una fabbrica di porcellane a Berlino. Durante le sue ricerche, nel 1791, realizzò che per neutralizzare una certa quantità di acido dalla base di una sostanza, che non è sempre la stessa, e per questo osservò le composizione di quantità basi con altri acidi. Alcuni anni dopo, nel 1798, Richter ampliò i suoi studi anche nelle sostituzioni di metalli e sali, ed arrivò alle medesime conclusioni. Cinque anni dopo, pubblicò una tavola che riportava le numerosi baci ed acidi. Morì nel 1807, a Berlino, e le sue teorie rimasero pressoché sconosciute.

A riprendere i suoi studi, fu Joseph-Louis Proust (1754-1896), un chimico francese, che divenne noto per la sua legge delle proporzioni definite e costanti. Figlio di uno speziale, divenne farmacista nel 1755 all’Ospedale de la Salpetrière, a Parigi. Nel 1806 si dedicò agli studi che riguardavano gli alimenti, e scoprì un aminoacido fondamentale, la leucina, che costituisce alcune proteine. Nel 1816 divenne membro dell’Accademia delle Scienze, e in seguito allo studio della pirite, scoprì una composizione costante, giungendo alla conclusione che questo minerale era formato da ferro e zolfo, ed allora che arrivò a formulare le leggi per cui è famoso.

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