L'aria secca ha circa 78% azoto gassoso (N2), 21% di ossigeno gassoso (O2) e l'1% di altri gas, di volume. Questo significa che abbiamo un rapporto di 1: 4: 5 di ossigeno gassoso, azoto gassoso e aria totale, rispettivamente.
L'aria partecipa a molte reazioni, in particolare reazioni di ossidazione come la combustione. In realtà, però, l'unico componente dell'aria che reagisce è l'ossigeno, con l'azoto considerato inerte. Ma, sebbene non partecipi alla reazione, l'azoto fa parte dell'aria che reagisce e dei gas finali prodotti.
Pertanto, quando avviene una reazione con la partecipazione dell'aria, può essere necessario trovare fattori quali: qual è la massa di ossigeno che ha reagito, qual è il volume dell'aria, qual è il volume dei gas di reazione finali, quanto azoto era presente nell'aria e nei gas finali e così via contro.
Vedere l'esempio seguente e osservare due modi che possono essere utilizzati per eseguire questi calcoli. Un modo è usare la regola del tre e l'altro è usare il rapporto stechiometrico citato ( 1 (ossigeno) : 4 (azoto) : 5 (aria)):
Esempio:
Supponiamo che un volume di 40 L di metano (CH4) è stato completamente bruciato, in condizioni ambientali di temperatura e pressione, producendo anidride carbonica (CO2) e acqua (H2O). Considerando una composizione dell'aria approssimativa dell'80% di azoto gassoso (N2) e 20% di ossigeno gassoso (O2), risposta:
a) Qual è il volume di ossigeno gassoso consumato in questa reazione?
b) Qual è il volume d'aria necessario per la combustione?
c) Qual è il volume totale dei gas alla fine della reazione?
Risoluzione:
a) Per eseguire questo calcolo, dobbiamo scrivere l'equazione chimica che rappresenta la combustione bilanciata del metano:
CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H2oh
1 mol 2 mol 1 mol 2 mol
Considerando che la resa della reazione è stata del 100%, si ha:
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1 L di CH4 2 L di O2
40 L di CH4 X
x = 40 litri 2 litri
1 litro
x = 80 L di O2(g)
In queste condizioni sono stati consumati 80 L di ossigeno gassoso.
b) Se il volume di ossigeno è 80 L, il volume d'aria sarà:
20% di O2 100% aria
80 L di O2 X
x = 80 litri 100%
20%
x = 400 L di aria
Un altro modo per risolvere questo problema era utilizzare il rapporto tra ossigeno e aria mostrato all'inizio del testo, che è 1: 5. Quindi, è stato sufficiente moltiplicare il volume di ossigeno per 5:
80 litri 5 = 400 L di aria
c) CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H2oh
1 mol 2 mol 1 mol 2 mol
40 L 80 L 40 L 80 L
Dalla reazione di cui sopra si vede che sono stati ottenuti 40 L di anidride carbonica e 80 L di acqua, per un totale di 120 L di prodotti. Ma c'è ancora il gas azoto presente nell'aria che non reagisce. Quindi, dobbiamo scoprire anche qual è il suo volume:
80% di N2 100% aria 80% N2 20% di O2
x 400 L di aria o x 80 L di aria
x = 80 litri 400L x = 80 %. 80L
100% 20%
x = 320 L di N2x = 320 L di N2
Questo calcolo avrebbe potuto essere eseguito anche in modo più semplice, utilizzando il rapporto 1:4:5.
1 Il2 4 N2 o 5 aria 4 N2
80 litri x 400 litri x
x = 320 Lx = 320 L
Ora basta aggiungere questo valore a quello degli altri gas per conoscere il volume totale dei gas alla fine della reazione:
120 + 320 = 440L di gas
di Jennifer Fogaça
Laureato in Chimica
Vorresti fare riferimento a questo testo in un lavoro scolastico o accademico? Guarda:
FOGAÇA, Jennifer Rocha Vargas. "Partecipazione dell'aria alle reazioni chimiche"; Scuola Brasile. Disponibile in: https://brasilescola.uol.com.br/quimica/participacao-ar-nas-reacoes-quimicas.htm. Consultato il 28 giugno 2021.
