STECHIOMETRIA
STECHIOMETRIA
. È quella branca della chimica che si occupa dei rapporti quantitativi secondo i quali le specie chimiche definite reagiscono fra loro (στοιχεῖον "elemento"). Le prime ricerche in proposito si ebbero sulla fine del sec. XVIII per opera di B. Richter (1762-1807), ma l'importanza della stechiometria s'inizia con Lavoisier, fondatore dello studio quantitativo dei fenomeni chimici. La legge degli equivalenti, indipendentemente da qualsiasi concetto atomistico, poteva già permettere, con un numero limitato di fattori numerici, di sintetizzare un gran numero di fatti quantitativi, posto che essa stabilisce relazioni semplici fra le quantità in peso con le quali varie specie chimiche si combinano con una quantità fissa di una e il rapporto in peso col quale si combinano fra loro. Ma i calcoli stechiometrici acquistano la più grande evidenza e semplicità se si basano sulla rappresentazione atomico-molecolare. È noto il significato delle formule chimiche. Quando scriviamo, p. es., che la formula del nitrato d'argento è AgNO3, ciò significa che la molecola di questa specie chimica è formata da 1 atomo d'argento, 1 d'azoto, 3 di ossigeno. Ma per riferirsi a una quantità concreta possiamo convenire che AgNO3 indichi la grammimolecola del nitrato d'argento, cioè:
di nitrato d'argento. Da ciò si desume subito che in 169,89 gr. di nitrato d'argento sono contenuti gr. 107,88 di Ag, 14,01 di N, 48 di O. Ciò permette di calcolare le percentuali in peso di Ag, N e O contenute nella sostanza.
Perciò, nota la formula di una sostanza, se ne possono calcolare il peso molecolare e la composizione centesimale. La formula è stata in origine dedotta, come ora vedremo, in base alla determinazione sperimentale, del peso molecolare e della composizione centesimale; perciò rappresenta già una sintesi di fatti che ci permette, col solo aiuto di una tavola di pesi atomici, di calcolare peso molecolare e composizione centesimale senza bisogno di andare a rintracciare nella letteratura i dati dell'autore che ha studiato la sostanza.
Vediamo ora appunto come dal peso molecolare e composizione centesimale trovati sperimentalmente, si risalga alla formula.
Si abbia, p. es., l'acido acetico, una sostanza organica ternaria, della quale possiamo per ora indicare la formula con CxHyOz. L'analisi elementare ci dice che essa contiene 40% di C, 6,66% di H, 53,34% di O. Il peso molecolare risulta 60.
Ora è evidente che x, y, z saranno direttamente proporzionali alle percentuali e inversamente proporzionali al peso atomico di C (12), H (1,01), O (16), perciò si avrà:
Perciò la formula potrebbe essere CH2O, C2H4O2, C3H6O3, ecc.
La conoscenza del peso molecolare mostra che va scelta la seconda, cioè C2H4O2.
Altri calcoli riguardano la quantità di una sostanza che reagisce con una quantità determinata di un'altra, ovvero la quantità di una o più sostanze necessarie a preparare una quantità prefissata di un'altra, nota la reazione chimica che rappresenta il processo.
Si abbia, p. es., la reazione
Il peso atomico dello zinco è 65,38; il peso molecolare dell'acido solforico, calcolato nel modo detto, è 98; il peso atomico di H è 1,01.
Se si vuole calcolare il peso x d'acido solforico che reagisce con un peso p di zinco, basterà risolvere la proporzione
Volendo invece calcolare i pesi x e y di Zn e H2SO4 necessarî a preparare un peso p′ di idrogeno, basterà risolvere le proporzioni
Nella chimica analitica avviene spesso che per determinare la quantità di una certa sostanza disciolta la si trasforma in un'altra insolubile che si pesa. Per es., per determinare l'acido solforico si tratta con un sale di bario in modo da precipitare BaSO4o al peso corrispondente di H2SO4.
Il peso di BaSO4 (calcolato nel modo detto) è 233,37: quello di H2SO4 è 98. Se si indica con p il peso di BaSO4, il peso x corrispondente d'acido solforico è dato dalla proporzione
Come si vede basta moltiplicare il peso del solfato di bario per il coefficiente o fattore 0,4199.
Quando nelle reazioni intervengono o si formano gas può interessare alle volte il calcolo dei volumi anziché dei pesi. Per es., riferendoci alla reazione prima scritta fra Zn e H2SO4, può darsi si prospetti la questione seguente: calcolare le quantità di zinco ed acido solforico necessarie per ottenere un volume determinato di idrogeno. Ora, quando si tratta di un gas, è facile passare dal peso al volume ricordando che il peso di un litro di gas a 0° e 760 mm. è uguale alla grammimolecola divisa per 22,42. Ottenuto il peso del litro a 0° e 760 mm. si ottiene il peso del litro a una temperatura qualunque t e a una pressione qualunque pt, moltiplicando tale peso per
Nelle reazioni in cui intervengono o si formano gas può essere utile calcolare in base alla reazione che indica il processo, in quale rapporto in volume reagiscono i gas e in che relazione stiano coi volumi dei gas formati. Ciò è assai semplice; basta scrivere le reazioni in modo da fare figurare in esse unicamente delle molecole e non degli atomi, come alle volte si fa per semplicità. Per es. la reazione
ci dice (per la legge di Avogadro) che 2 volumi di etano (C2H6) reagiscono con 7 volumi di ossigeno per dare 4 volumi di anidride carbonica e, supponendo la temperatura superiore a 100°, 6 volumi di vapore acqueo.
Per i calcoli stechiometrici che si riferiscono a soluzioni titolate, v. chimica: Chimica analitica.
Bibl.: A. Smith, Chimica inorganica, Torino 1926; W. Nernst, Traité de chimie générale, Parigi 1923; J. W. Mellor, Treatise of Inorganic and Theoretical Chemistry, Londra 1927.