CHIMICHE, FORMULE
CHIMICHE, FORMULE
. Gli atomi degli elementi vengono indicati in maniera abbreviata con i cosiddetti simboli introdotti da Berzelius nel 1814, simboli che sono di grande utilità per rappresentare i composti, e formulare l'andamento dei processi chimici. Il simbolo è generalmente formato dalle lettere iniziali del nome dell'elemento e deriva il più delle volte dal latino o dal greco. Così, per es.: idrogeno H (lat. hydrogenium), azoto N (lat. nitrogenium), fosforo P (lat. phosphorus), sodio Na (lat. Natrium), rame Cu (lat. cuprum). Un simbolo non individua soltanto il nome di un elemento, ma esprime anche il peso dell'atomo cui si riferisce. Così, per esempio, il peso atomico del cloro è 35,46; quello del sodio è 23; il simbolo Cl indica perciò 35,46 p. in peso di cloro e il simbolo Na 23 p. in peso di sodio. Se questi pesi vengono espressi in grammi, prendono il nome di grammiatomi.
Le molecole degli elementi e dei composti vengono rappresentate da una formula che risulta dai simboli degli elementi che li costituiscono, scritti l'uno di seguito all'altro; così Fe S indica la combinazione di un atomo di ferro con un atomo di zolfo, ossia il solfuro di ferro. In molte molecole entrano più atomi di uno stesso elemento, il che s'indica ponendo alla destra del relativo simbolo un indice eguale al numero di atomi contenuti nella molecola stessa, qualora sia maggiore di uno. Così nel caso di molecole di elementi le formule Cl2, P4, S8 indicano ad es.: che le molecole del cloro, del fosforo, dello zolfo, sono rispettivamente formate da 2-4-8 atomi delle rispettive materie elementari. Così, nel caso dell'acido solforico, la formula di questo (SO4H2) indica che la molecola è composta di 1 atomo di zolfo, 4 di ossigeno e 2 d'idrogeno. Qualora si voglia indicare un numero di molecole superiore a uno, si scrive il numero corrispondente a sinistra della formula, intendendosi che esso si riferisce a tutta la molecola; così 2Cl2 3SO4H2 indicano due molecole di cloro, tre molecole d'acido solforico.
La somma dei grammiatomi degli elementi che entrano a formare una molecola prende il nome di grammimolecola. Così, per es., per l'acido solforico SO4H2 la grammimolecola è 98, risultando essa dalla somma di un grammiatomo di zolfo (32), di quattro grammiatomi di ossigeno (16 × 4 = 64), di due grammiatomi d'idrogeno (1 × 2 = 2), ossia 32 + 64 + 2 = 98.
Da questa composizione molecolare, con semplicissime proporzioni può calcolarsi la composizione riferita a 100 p. in peso d'acido solforico, ossia la cosiddetta composizione centesimale che i chimici hanno convenuto di usare costantemente per esprimere la composizione quantitativa di un composto definito. Si ha in tal modo:
Nel caso speciale che consideriamo basta a tal uopo risolvere le tre proporzioni:
dove x, y, z rappresentano rispettivamente le quantità di zolfo, ossigeno, idrogeno, contenute in 100 p. di acido solforico. Reciprocamente, conoscendo la composizione centesimale d'un composto si può derivarne facilmente la formula, tenendo presenti i pesi atomici degli elementi che entrano a formarla. Basta a tal uopo dividere le quantità percentuali dei singoli elementi presenti per i rispettivi pesi atomici; i valori così ottenuti staranno fra loro nel rapporto dei numeri degli atomi che entrano a formare la molecola del composto. Così nel caso dell'acido solforico di cui ora si è riportata la composizione centesimale, tenendo presenti i pesi atomici, 32, 16, 1 dello zolfo, dell'ossigeno e dell'idrogeno, si avrà:
vale a dire i rapporti fra i numeri degli atomi sono uno di zolfo, quattro di ossigeno, due d'idrogeno, secondo la formula SO4H2 avente, come sopra si è indicato, il peso molecolare 98. Gli stessi rapporti atomici espressi da questa formula potrebbero evidentemente essere rappresentati da altre formule multiple di questa:
che si differenziano unicamente per i singoli pesi molecolari, tutti multipli di 98. È chiaro come la scelta di queste possibili formule dipenda dalla conoscenza del peso molecolare; se questo, per la natura della sostanza in esame, non si può determinare con i metodi noti (come avviene difatti per l'acido solforico), si assegna al composto la formula più semplice; nel caso considerato la formula SO4H2 che è la più semplice possibile, non potendo essa contenere meno di un atomo di zolfo.
Ammessa la teoria atomico-molecolare i chimici hanno stabilito i pesi relativi degli atomi che oggi si riferiscono a quello dell'ossigeno fatto esattamente uguale a 16. Si è ottenuta così una tabella completa dei pesi atomici per tutti gli elementi conosciuti.
Equazioni chimiche. - Per rappresentare in forma succinta la trasformazione d'un sistema chimico in un altro, si ricorre alle cosiddette "equazioni chimiche" le quali, come le equazioni algebriche, sono formate da due membri separati dal segno d'eguaglianza. Nel primo membro si scrivono le formule dei corpi che entrano in reazione, separando l'una dall'altra col segno +, nel secondo membro invece quelle dei prodotti originantisi nella reazione, egualmente separati dal segno +. Se un dato corpo interviene in reazione con più di una molecola, s'indica ciò dando alla relativa formula un coefficiente uguale al numero delle molecole con le quali esso partecipa alla reazione. Così la reazione:
indica che un grammiatomo di zinco (65,37) reagendo con due grammimolecole di acido cloridrico (72,94) origina una grammimolecola di cloruro di zinco (136,29) e una grammimolecola d'idrogeno (2,02).
I coefficienti che entrano nelle equazioni chimiche a indicare il numero delle molecole reagenti devono in generale essere determinati con l'esperienza; solo l'analisi infatti può indicare quali sono le quantità dei diversi corpi, suscettibili di reagire mutuamente. In un'equazione chimica deve verificarsi sempre la legge della conservazione del peso, cioè la somma dei pesi delle sostanze agenti dev'essere uguale alla somma dei pesi dei prodotti della reazione, ossia le qualità degli elementi e il numero dei loro atomi devono essere uguali nel primo e nel secondo membro dell'equazione.
Le equazioni chimiche non possono peraltro paragonarsi alle equazioni algebriche, in quanto esse non sono che la rappresentazione d'un fatto sperimentale. Non si tratta cioè di equazioni nel vero senso della parola, perché i prodotti formati sono eguali ai prodotti primitivi solo per ciò che riguarda il peso complessivo. È impossibile risolverle a priori; dal primo membro dell'equazione non si può cioè dedurre matematicamente il secondo. L'equazione sopra riportata potrebbe difatti anche assumere la forma:
la quale algebricamente è esatta, ritrovandosi nei due membri lo stesso numero di atomi, ma chimicamente assurda.