Sandro Barbone Luigi Altavilla Copyright ©2011 Franco Lucisano Editore - La Chimica facile

Le reazioni chimiche

Le reazioni chimiche Le reazioni chimiche Il principio di conservazione della massa (legge di Lavoisier) Il bilanciamento Tipi di reazioni: a) di sintesi b) di decomposizione c) di scambio d) di doppio scambio Energia e reazioni chimiche Reazioni esotermiche ed endotermiche Reazioni reversibili Reazioni di ossido-riduzione

Le reazioni chimiche In una reazione chimica due o più sostanze, che prendono il nome di reagenti, si combinano tra loro e si trasformano in altre sostanze, dette prodotti della reazione. Copyright ©2011 Franco Lucisano Editore - La Chimica facile

Le reazioni chimiche (2) Una reazione chimica è, perciò, un processo nel quale la rottura dei legami chimici delle molecole delle sostanze reagenti porta alla formazione di nuovi legami chimici e quindi di molecole di nuove sostanze: i prodotti della reazione. Copyright ©2011 Franco Lucisano Editore - La Chimica facile

Le reazioni chimiche (3) Generalizzando, possiamo dire che siamo di fronte a una reazione chimica in presenza di: • sviluppo o assorbimento di energia; • cambiamento di colore; • formazione di un precipitato; • sviluppo di gas (ma la presenza di bolle si verifica anche nell’ebollizione, che è una trasformazione fisica) o di sostanze con odore caratteristico. Copyright ©2011 Franco Lucisano Editore - La Chimica facile

Il principio di conservazione della massa (legge di Lavoisier) In una reazione chimica, la massa delle sostanze reagenti deve essere sempre uguale alla massa dei prodotti della reazione. Copyright ©2011 Franco Lucisano Editore - La Chimica facile

L’equazione di reazione Le reazioni chimiche vengono descritte mediante le equazioni chimiche, nelle quali vengono indicate le formule delle molecole dei reagenti seguite dopo una freccia dalle formule delle molecole dei prodotti: Copyright ©2011 Franco Lucisano Editore - La Chimica facile

L’equazione di reazione (2) Il numero degli atomi di ogni elemento presenti nelle molecole dei reagenti deve essere uguale al numero degli atomi degli stessi elementi presenti nelle molecole dei prodotti. Nell’equazione seguente gli atomi di reagenti e prodotti sono in numero diverso: Copyright ©2011 Franco Lucisano Editore - La Chimica facile

Bilanciamento dell’equazione chimica L’equazione va “bilanciata”, introducendo a sinistra della formula di ogni molecola numeri interi: i coefficienti stechiometrici. 2H2 + O2 2H2O coefficienti stechiometrici Copyright ©2011 Franco Lucisano Editore - La Chimica facile

Regole nel bilanciamento delle equazioni chimiche Si possono seguire tre semplici regole: 1. bilanciare per primi gli atomi dei metalli e dei non metalli; 2. bilanciare gli ioni poliatomici (come se fossero un atomo solo); 3. bilanciare per ultimi gli atomi di idrogeno e ossigeno (cominciando da quello che compare solo in una molecola) Copyright ©2011 Franco Lucisano Editore - La Chimica facile

Esempio di bilanciamento Se si vuole bilanciare la reazione H3PO3 + CuO  Cu3(PO3)2 + H2O acido fosforoso ossido rameico fosfito di rame acqua Copyright ©2011 Franco Lucisano Editore - La Chimica facile

1) Bilanciamento del metallo Iniziamo dal metallo Cu: è presente un solo atomo tra i reagenti, in CuO, e 3 tra i prodotti, in Cu3(PO3)2. Inseriamo il coefficiente 3 prima di CuO: Copyright ©2011 Franco Lucisano Editore - La Chimica facile

2) Bilanciamento degli ioni poliatomici Trattiamo gli ioni poliatomici come se fossero un atomo solo. Il gruppo PO3 tra i reagenti è preso una sola volta (H3PO3), due volte tra i prodotti (Cu3(PO3)2). Inseriamo il coefficiente 2 a H3PO3: Copyright ©2011 Franco Lucisano Editore - La Chimica facile

3) Bilanciamento dell’idrogeno Tra i reagenti ci sono in tutto 6 (2 × 3) atomi di idrogeno. In 2H3PO3, tra i prodotti abbiamo invece solo 2 atomi di H in H2O e per arrivare a 6 atomi di H, la molecola H2O va moltiplicata per 3: Copyright ©2011 Franco Lucisano Editore - La Chimica facile

4) Bilanciamento dell’ossigeno Controlliamo ora gli atomi di ossigeno (non vanno contati quelli presenti nel gruppo PO3): 3 × 1 in 3CuO (reagenti) e 3 × 1 in 3H2O(prodotti). L’equazione è bilanciata: Copyright ©2011 Franco Lucisano Editore - La Chimica facile

Tipi di reazioni chimiche Le reazioni chimiche possono essere ricondotte a 4 tipi fondamentali, in base a come si riaggregano gli atomi dei reagenti nel formare le molecole dei prodotti: 1. reazioni di sintesi 2. reazioni di decomposizione 3. reazioni di scambio semplice o di spostamento 4. reazioni di doppio scambio Copyright ©2011 Franco Lucisano Editore - La Chimica facile

Reazioni di sintesi A + B  AB Nelle reazioni di sintesi da due o più sostanze reagenti si ottiene un solo prodotto: A + B  AB Copyright ©2011 Franco Lucisano Editore - La Chimica facile

Reazioni di sintesi Copyright ©2011 Franco Lucisano Editore - La Chimica facile

Reazioni di decomposizione Un unico reagente si decompone in 2 o più prodotti: AB  A + B MgCO3  MgO + CO2 N.B. In pratica, è l’inverso delle reazioni di sintesi. Copyright ©2011 Franco Lucisano Editore - La Chimica facile

Reazioni di decomposizione (2) Reazione Esempio Perossido di idrogeno Clorato di potassio Monossido di mercurio Bicarbonato liberano anidride carbonica Carbonato Idrossidi libera vapore acqueo liberano ossigeno Copyright ©2011 Franco Lucisano Editore - La Chimica facile

Reazioni di scambio semplice o di spostamento Un elemento A (più reattivo) sposta un elemento meno reattivo B da un suo composto BC; l’elemento spostato diventa “libero”: A + BC AC + B Ni(s) + 2HCl (aq) NiCl2 (aq) + H2 (g) Copyright ©2011 Franco Lucisano Editore - La Chimica facile

Scala di reattività dei metalli Nella scala dei metalli, quelli alla destra dell’idrogeno non sono in grado di spostarlo dai relativi composti, mentre quelli a sinistra sostituiscono l’idrogeno nel loro composti. Copyright ©2011 Franco Lucisano Editore - La Chimica facile

Scala di reattività dei non metalli Anche i non metalli possono scambiarsi con altri non metalli. Gli alogeni sono i non metalli a maggior reattività: tra essi il più reattivo è il fluoro. Copyright ©2011 Franco Lucisano Editore - La Chimica facile

Reazioni di scambio semplice (o di spostamento) Le reazioni di scambio procedono spontaneamente se l’elemento libero è più reattivo di quello presente nel composto con cui reagisce. Reazioni di spostamento Esempio Note Dell’idrogeno dai suoi composti Lo zinco (Zn) è più reattivo dell’idrogeno (H), lo sposta dal composto HCl, liberando idrogeno gassoso e formando cloruro di zinco. Di un elemento dal proprio ossido La reattività dell’idrogeno dipende dalle condizioni in cui si verifica la reazione: nel nostro esempio è più reattivo del rame. Degli ioni metallici dai loro sali, nelle soluzioni Lo zinco è più reattivo del rame Copyright ©2011 Franco Lucisano Editore - La Chimica facile

Reazioni di doppio scambio Due composti si scambiano gli elementi che li costituiscono: AB + CD AD + BC BaCl2 + H2SO4 BaSO4 + 2HCl Copyright ©2011 Franco Lucisano Editore - La Chimica facile

Reazioni di doppio scambio (2) Reazione Esempio Note Sale + sale Si forma un precipitato Idrossido + acido Si forma acqua Idrossido + ossido acido Sale (carbonato) + acido Si liberano gas Copyright ©2011 Franco Lucisano Editore - La Chimica facile

Energia e reazioni chimiche L’energia di attivazione è la quantità di energia richiesta per dare inizio a una reazione chimica. Copyright ©2011 Franco Lucisano Editore - La Chimica facile

Reazioni esotermiche Tutte le reazioni chimiche che liberano energia all’esterno (sotto forma di calore) vengono dette reazioni esotermiche (esoergoniche). Nella reazione esotermica (o esoergonica) i prodotti “contengono” meno energia dei reagenti. Copyright ©2011 Franco Lucisano Editore - La Chimica facile

Reazioni endotermiche Le reazioni che per poter avvenire devono assorbire energia dall’esterno vengono chiamate reazioni endotermiche (o endoergoniche). In una reazione endotermica i prodotti hanno al loro interno un maggior contenuto di energia, che viene assorbito dall’esterno. Copyright ©2011 Franco Lucisano Editore - La Chimica facile

Reazioni reversibili Nelle reazioni reversibili, mentre dai reagenti si formano i prodotti, i prodotti reagendo tra loro possono riformare i reagenti. Dal punto di vista energetico, se la reazione diretta è esoenergetica, la reazione inversa sarà endoenergetica. Copyright ©2011 Franco Lucisano Editore - La Chimica facile

Reazioni di ossido-riduzione o redox Le reazioni di ossido-riduzione o redox sono reazioni chimiche che avvengono mediante trasferimento di elettroni da un composto chimico, chiamato riducente (che si ossida), a un altro che li riceve, chiamato ossidante (che si riduce). Nel corso della reazione redox, le sostanze che vi partecipano vedono cambiare il proprio numero di ossidazione. Copyright ©2011 Franco Lucisano Editore - La Chimica facile

L’ossidazione L’ossidazione consiste in una perdita di elettroni, che provoca l’aumento del numero di ossidazione: Copyright ©2011 Franco Lucisano Editore - La Chimica facile

La riduzione La riduzione è, invece, l’acquisto di elettroni, che provoca la diminuzione del numero di ossidazione: Copyright ©2011 Franco Lucisano Editore - La Chimica facile

Le semireazioni di ossidazione e riduzione In ogni reazione redox gli elettroni non si trovano mai isolati: se una specie si ossida cedendo elettroni, un’altra specie si riduce acquistando quegli elettroni. Copyright ©2011 Franco Lucisano Editore - La Chimica facile

Le semireazioni di ossidazione e riduzione Per questo motivo si possono scrivere le reazioni redox dividendole in due semireazioni, una di ossidazione e l’altra di riduzione. Copyright ©2011 Franco Lucisano Editore - La Chimica facile

L’elettrochimica Le reazioni redox si realizzano mediante un movimento di elettroni, da una specie (riducente) all’altra (ossidante): questo suggerisce la possibilità di utilizzare questo tipo di reazioni per produrre una corrente elettrica. Nasce così lo studio dell’elettrochimica. Copyright ©2011 Franco Lucisano Editore - La Chimica facile

L’elettrochimica L’elettrochimica è quella parte della Chimica che studia i processi che, mediante reazioni chimiche, possono portare alla produzione di energia elettrica, come avviene nelle pile o che, viceversa, possono utilizzare l’energia elettrica per far avvenire reazioni chimiche (elettrolisi). Copyright ©2011 Franco Lucisano Editore - La Chimica facile