La stechiometria è la disciplina che studia i rapporti quantitativi di una reazione chimica (in altre parole, studia in che proporzione sono tra loro le quantità delle sostanze che partecipano a una reazione chimica).

Questi rapporti quantitativi sono espressi dai coefficienti stechiometrici, cioè i numeri interi che utilizziamo per bilanciare un’equazione chimica.

I coefficienti stechiometrici rappresentano infatti il rapporto tra le moli delle diverse sostanze (se ad esempio il coefficiente di una sostanza è 2 e il coefficiente di un’altra sostanza è 1, significa che la prima sostanza ha il doppio delle moli della seconda sostanza).

La parola stechiometria deriva dal greco stoicheion (elemento) e metria (misura).

I calcoli stechiometrici

A partire da un’equazione chimica bilanciata possiamo quindi determinare con degli opportuni calcoli il numero di moli e la massa delle diverse sostanze presenti.

Questi calcoli prendono il nome di calcoli stechiometrici.

I calcoli stechiometrici più frequenti sono:

• calcoli mole-mole, cioè calcoli che ci permettono di conoscere il numero di moli delle varie sostanze a partire dal numero di moli di una di esse
• calcoli mole-massa, cioè calcoli che ci permettono di conoscere la massa delle varie sostanze a partire dal numero di moli di una di esse
• calcoli massa-massa, cioè calcoli che ci permettono di conoscere la massa delle varie sostanze a partire dalla massa di una di esse

Stechiometria: calcoli mole-mole

Osserviamo la seguente equazione bilanciata:

H₂ + Cl₂ → 2HCl

Se ci sono 3 moli di H₂, quante moli di Cl₂ e di HCl ci sono?

Dobbiamo innanzitutto guardare i coefficienti stechiometrici e ricavare così la proporzione tra le moli delle varie sostanze:

Ciò significa che Cl₂ ha le stesse moli di H₂, mentre HCl ha il doppio delle moli di H₂.

A questo punto facciamo la proporzione:

1 : 2 = 3 : x

1 mole di H₂ sta a 2 moli di HCl come 3 moli di H₂ stanno a x moli di HCl

Il risultato è 6. Pertanto, in questa reazione ci sono 3 moli di H₂, 3 moli di Cl₂ e 6 moli di HCl.

Stechiometria: calcoli mole-massa

Osserviamo la seguente equazione bilanciata:

2H₂ + O₂ → 2H₂O

Se ci sono 3,7 moli di O₂, quanti grammi di H₂O si formano?

Dobbiamo innanzitutto guardare i coefficienti stechiometrici e ricavare così la proporzione tra le moli delle varie sostanze:

Ciò significa che sia H₂ sia H₂O hanno il doppio delle moli di O₂.

A questo punto facciamo la proporzione:

1 : 2 = 3,7 : x

1 mole di O₂ sta a 2 moli di H₂ come 3,7 moli di O₂ stanno a x moli di H₂

Il risultato è 7,4 (e vale sia per H₂ sia per H₂O, dato che il loro coefficiente stechiometrico è lo stesso).

Pertanto, in questa reazione ci sono 7,4 moli di H₂, 3,1 moli di O₂ e 7,4 moli di H₂O.

Adesso calcoliamo la massa molare di H₂O, che ci permetterà poi di ricavare la sua massa in grammi.

Per ottenere la massa molare di una sostanza, bisogna sommare le masse atomiche degli elementi che la compongono (indicate sulla tavola periodica):

• la massa atomica di H è 1,008 (e dobbiamo moltiplicarla per 2, dato che in H₂O ci sono due atomi di H)
• la massa atomica di O è 16

Pertanto, la massa molare di H₂O è 18,016 g/mol, che possiamo arrotondare a 18,02 g/mol.

A questo punto non ci rimane altro che convertire la massa molare in massa attraverso la seguente formula:

m=n\ ·M

La massa (m) di una sostanza è cioè uguale alle sue moli (n) per la sua massa molare (M). In questo caso abbiamo quindi:

m=7,4\ mol\ ·18,02\ \frac{g}{mol}

In questa reazione si formano 133,35 g di H₂O.

Stechiometria: calcoli massa-massa

Osserviamo la seguente equazione bilanciata:

2H₂ + O₂ → 2H₂O

Se ci sono 3,2 g di O₂, quanti grammi di H₂O si formano?

Dobbiamo innanzitutto calcolare la massa molare di O₂, che si ottiene sommando la massa atomica dei suoi elementi. Dato che la massa atomica di O è 16 e in O₂ ci sono due atomi di O, la massa molare di O₂ è 32.

A questo punto ricaviamo le moli di O₂ attraverso la seguente formula (è la formula inversa di quella usata nei calcoli mole-massa):

n=\frac{m}{M}

Le moli (n) di una sostanza sono cioè uguali alla sua massa (m) divisa per la sua massa molare (M). In questo caso abbiamo quindi:

n=\frac{3,2\ g}{32\ \frac{g}{mol}}

Pertanto, ci sono 0,1 moli di O₂.

Adesso calcoliamo le moli delle altre sostanze attraverso i coefficienti stechiometrici:

Ciò significa che sia H₂ sia H₂O hanno il doppio delle moli di O₂.

A questo punto facciamo la proporzione:

1 : 2 = 0,1 : x

1 mole di O₂ sta a 2 moli di H₂ come 0,1 moli di O₂ stanno a x moli di H₂

Il risultato è 0,2 (e vale sia per H₂ sia per H₂O, dato che il loro coefficiente stechiometrico è lo stesso).

Pertanto, in questa reazione ci sono 0,2 moli di H₂, 0,1 moli di O₂ e 0,2 moli di H₂O.

Adesso è sufficiente seguire lo stesso procedimento dei calcoli mole-massa, dato che abbiamo le moli di H₂O e dobbiamo ricavare la sua massa.

Calcoliamo quindi la massa molare di H₂O (18,02 g/mol) e la convertiamo poi in massa attraverso la formula vista precedentemente:

m=n\ ·M

Pertanto:

m=0,2\ mol\ ·18,02\ \frac{g}{mol}

In questa reazione si formano 3,604 g di H₂O.