Reazione Chimica Una reazione chimica è un processo in cui alcune specie chimiche (reagenti) si trasformano in altre specie chimiche (prodotti). Da un punto di vista molecolare, una reazione è un riarrangiamento di elettroni esterni di alcuni atomi presenti nelle specie implicate, con sostituzione di legami chimici in altri legami chimici.

Reazione Chimica Nello studio delle reazioni chimiche occorre affrontare alcuni problemi: Definire i criteri generali che consentono di rappresentare una reazione chimica in modo simbolico e schematico 2) Trovare le relazioni quantitative tra le sostanze coinvolte nella reazione (aspetto stechiometrico). 3) Stabilire in quali condizioni di temperatura, pressione, ecc. può avvenire la reazione (aspetto termodinamico) 4) Stabilire in quanto tempo avviene la reazione (aspetto cinetico)

A + B + …. = P + Q + ... Reagenti Prodotti Definire i criteri generali che consentono di rappresentare una reazione chimica in modo simbolico e schematico Reagenti Prodotti A + B + …. = P + Q + ... E’ rappresentata da un’equazione chimica del tipo: Le equazioni chimiche dovrebbero essere scritte aggiungendo, accanto ad ogni composto, il rispettivo stato di aggregazione, cioè (g) per gas, (s) per solido, (l) per liquido, (aq) per in soluzione acquosa. CaCO3 (s) = CaO(s) + CO2(g)

BILANCIAMENTO DELLA REAZIONE 2) Trovare le relazioni quantitative tra le sostanze coinvolte nella reazione (aspetto stechiometrico). BILANCIAMENTO DELLA REAZIONE Nell’equazione chimica il numero totale di atomi di ciascun elemento deve essere lo stesso nei due membri dell’equazione (bilanciamento della massa). N2 + H2 = NH3 3 2 Nell’equazione chimica in cui compaiono degli ioni la somma algebrica delle cariche ioniche dei reagenti deve essere uguale in valore e segno a quella dei prodotti (bilanciamento della carica). PbO + H+ = Pb2+ + H2O 2 I coefficienti stechiometrici definiscono i rapporti secondo cui le varie specie scompaiono o si formano in quella data reazione.

Reazioni di ossidoriduzione (reazioni in cui si hanno variazioni dei numeri di ossidazione; trasferimento di elettroni) Numero di ossidazione Carica che l’atomo di un elemento assumerebbe nell’ipotesi che tutti gli elettroni impegnati nei legami si localizzino sull’atomo più “elettronegativo”. Elettronegatività: tendenza di un atomo ad attrarre a sé gli elettroni quando si lega con altri atomi H O 2- + H O + -

Il numero di ossidazione viene attribuito ad ogni atomo di un composto utilizzando le regole: stato elementare  n° ossidazione 0 l’ossigeno* nei vari composti  n° ossidazione -2 l’idrogeno* nei composti  n° ossidazione +1 nei composti ionici, gli ioni  n° ossidazione = carica ione la somma algebrica dei numeri di ossidazione in un composto  è eguale a zero (composto è neutro) è eguale alla carica se il composto è uno ione molecolare. * Con l’eccezione dell’acqua ossigenata e perossidi (-1) * Con l’eccezione degli idruri dei metalli (-1)

somma dei numeri di ossidazione di tutti gli atomi della molecola carica totale della molecola somma dei numeri di ossidazione di tutti gli atomi della molecola = (+1) x (-2) H3PO4 0 = 3×(+1) + x + 4×(-2) x = +5 KHSO4 0 = +1+1 + x + 4×(-2) (+1) x (-2) x = +6 Cr2O72- -2 = 2 x + 7×(-2) x (-2) x = +6

Alcuni elementi possono assumere N. O Alcuni elementi possono assumere N.O. differente, a seconda della molecola di cui fanno parte. Fe ha: N.O. = +2 in FeO (ossido ferroso), N.O. = +3 in Fe2O3 (ossido ferrico). S ha: N.O. = +4 in H2SO3 (acido solforoso), N.O. = +6 in H2SO4 (acido solforico)

Reazioni in cui non si ha variazione del numero di ossidazione. Reazioni Acido-Base: Al(OH)3 + 3 HCl = AlCl3 + 3 H2O Reazioni di spostamento o di scambio: NaCl + H2SO4 = NaHSO4 + HCl NH4Cl + KOH = KCl + NH3 + H2O AgNO3 + NaCl = NaNO3 + AgCl

Reazioni di ossidoriduzione Cu2+(aq) + Zn(s)  Cu(s) + Zn2+(aq) ossidazione: Zn(s)  Zn2+(aq) + 2 e- riduzione: Cu2+(aq) + 2 e-  Cu(s) La sostanza che acquista elettroni (Cu2+) si riduce, ed è detta ossidante. La sostanza che perde elettroni (Zn) si ossida, ed è detta riducente.

Reazione di ossidoriduzione C + O2  CO2 Il trasferimento elettronico non è evidente.

Bilanciamento delle reazioni redox Metodo della variazione del numero di ossidazione Metodo delle semireazioni Bilanciamento del numero di elettroni Bilanciamento delle cariche Bilanciamento degli atomi

Metodo della variazione del n.o. MnO4- + Fe2+  Mn2+ + Fe3+ +7 +5e- Perché gli e- siano bilanciati (stadio 1. del bilanciamento) bisogna moltiplicare per 5 i coeff. stechiometrici del Fe2+ e Fe3+: MnO4- + 5Fe2+  Mn2+ + 5Fe3+

MnO4- + 5Fe2+  Mn2+ + 5Fe3+ Bilanciamento cariche: ci sono 9 cariche + a sinistra e 17 + a destra. Si potrebbero aggiungere OH- a destra o H+ a sinistra. La scelta dipende dall’ambiente in cui la reazione avviene. In questo caso l’ambiente è acido, quindi: MnO4- + 5Fe2+ + 8 H+  Mn2+ + 5Fe3+

MnO4- + 5Fe2+ +8 H+  Mn2+ + 5Fe3+ + 4 H2O Bilanciamento atomi: occorre aggiungere molecole di acqua MnO4- + 5Fe2+ +8 H+  Mn2+ + 5Fe3+ + 4 H2O

Altro esempio di bilanciamento: -1e- x 2 = -2e- +6 Cr2O72- + 2I-  I2 + 2Cr3+ +3e- x 2 = +6e- Cr2O72- + 6I-  3I2 + 2Cr3+ e- bilanciati Cr2O72- + 6I- + 14H+ 3I2 + 2Cr3+ cariche bilanciate Cr2O72- + 6I- + 14H+  3I2 + 2Cr3+ + 7H2O atomi bilanciati

Reazione di dismutazione Quando in una reazione uno stessa specie si ossida e si riduce. Es. MnO42- + MnO42-  MnO4- + MnO2 3MnO42- + 4 H+  2MnO4- + MnO2 +2H2O +2e- +6 +6 +7 +4 -1e-

Metodo della variazione del n.o. bilanciare il numero di elettroni persi e guadagnati utilizzando i coefficienti stechiometrici; bilanciare le cariche con H+ (per amb. acido) o con OH- (ambiente basico); bilanciare con H2O gli atomi di idrogeno e di ossigeno.

Metodo delle semireazioni MnO4- + Fe2+  Mn2+ + Fe3+ 1) Individuare le due semireazioni (red ed ox) per ciascuna semireazione: MnO4- = Mn2+ Fe2+ = Fe3+ 2) Bilanciare l’elemento che si ossida (che si riduce) OK 3) Bilanciare l’ossigeno con H2O MnO4- = Mn2+ Fe2+ = Fe3+ + 4 H2O

MnO4- = Mn2+ Fe2+ = Fe3+ MnO4- = Mn2+ + 4 H2O Fe2+ = Fe3+ Fe2+ = Fe3+ 4) Bilanciare l’idrogeno con H+ MnO4- = Mn2+ + 4 H2O Fe2+ = Fe3+ 8 H+ + 5) Bilanciare le cariche con elettroni 8 H+ + MnO4- = Mn2+ + 4 H2O Fe2+ = Fe3+ + 5e- + e-

MnO4- + 5Fe2+ +8 H+ = Mn2+ + 5Fe3+ + 4 H2O 6) Moltiplicare le due semi-reazioni per due fattori interi tali da eguagliare il numero di elettroni in gioco nelle due semi-reazioni. X 1 X 5 8 H+ + MnO4-+5e-= Mn2+ + 4 H2O Fe2+ = Fe3+ + e- 5 MnO4- + 5Fe2+ +8 H+ = Mn2+ + 5Fe3+ + 4 H2O 7) Sommare algebricamente le due semi-reazioni eliminando o semplificando i termini simili ed eventualmente riducendo i coefficienti dell’equazione globale dividendoli tutti per il loro massimo comun divisore