Cationi e Anioni in cerca di nuovi partner ;o) Le reazioni chimiche Cationi e Anioni in cerca di nuovi partner ;o)

Cominciamo con un semplice esempio: LiF + Al2S3 Come prima cosa bisogna scoprire quali legami si rompono e quali ioni si formano in soluzione. In questo caso è facile, perchè in entrambe le molecole ci sono solo due diversi tipi di elementi. La prima molecola darà origine ad uno ione litio e ad uno ione fluoruro. La seconda molecola darà origine a due ioni alluminio e a tre ioni solfuro.

S Al i Li F + S Al S

La formazione degli ioni in soluzione: Al3+ S2- Al3+ S2- Li+ S2- F-

Ora dobbiamo ricavare le cariche degli ioni che si formano. Per farlo bisogna cercare sulla tavola periodica i numeri di ossidazione degli elementi e considerare che le molecole debbono essere elettricamente neutre. Questo significa che la somma delle cariche positive di una molecola, deve essere uguale alla somma delle cariche negative. Il litio ha un unico numero di ossidazione: +1, quindi darà origine allo ione: Li+ Il fluoro ha come unico numero di ossidazione -1, quindi darà origine allo ione F- detto ione fluoruro.

Nel secondo reagente vediamo che l'alluminio ha come unico numero di ossidazione +3, quindi darà origine allo ione Al+3. Lo zolfo invece ha parecchi numeri di ossidazione, ma l'unico numero negativo è -2. Dato che le molecole devono essere elettricamente neutre, lo zolfo qui dovrà essere negativo per bilanciare le cariche positive dell'alluminio. Lo ione solfuro avrà quindi carica -2 (S-2). In soluzione ci saranno quindi gli ioni Al+3 , F- , Li+ e S-2 .

La formazione degli ioni in soluzione: Al3+ S2- Al3+ S2- Li+ S2- F-

Dato che cariche dello stesso segno si respingono mentre cariche di segno opposto si attraggono, gli ioni positivi saranno attirati dagli ioni negativi e respinti da quelli positivi. Ciò fa sì che quando uno ione positivo ne incontra un altro positivo essi si respingono, mentre quando ne incontra uno negativo si attraggono formando, eventualmente, un legame chimico. Naturalmente se facciamo ricombinare lo ione Li+ con lo ione F- e lo ione Al+3 con lo ione S-2 otterremo di nuovo le molecole dei reagenti, come dire che non è avvenuta nessuna reazione. Ciò che dobbiamo fare è invece combinare lo ione positivo di una molecola con lo ione negativo dell'altra: Li+ con S-2 e Al+3 con F-:

Li+S-2 + Al+3 F- S2- Li+ F- Al+3

Li+S-2 + Al+3F- Le formule così scritte, però, non sono elettricamente neutre e quindi dovremo variare il numero di ioni positivi e negativi che si combinano tra loro in modo da renderle neutre. La prima molecola ad esempio scritta così ha una carica positiva e due cariche negative: +1 -2 = -1 La somma algebrica delle cariche di una molecola elettricamente neutra è 0. Affinché la somma algebrica delle cariche sia = 0 dobbiamo calcolare il minimo comune multiplo (senza tener conto del segno negativo) delle cariche degli ioni legati.

Li+S-2 + Al+3F- Nella prima molecola dobbiamo calcolare il minimo comune multiplo tra 1 e 2, che è 2. Poi per trovare quanti ioni Li+ sono presenti nella molecola, dividiamo il minimo comune multiplo (m.c.m.) per la carica del litio, cioè per 1: 2 : 1 = 2 Ciò significa che la molecola conterrà 2 ioni litio. Poi dividiamo il m.c.m. per la carica dello ione solfuro (sempre senza tener conto del segno negativo): 2 : 2 = 1 Ciò significa che la molecola conterrà uno ione solfuro.

La formula del primo prodotto sarà quindi: Li2S perchè scriveremo al piede di ogni simbolo il numero di ioni presenti nella molecola. Naturalmente il numero 1 può essere sottinteso, perchè nel momento stesso in cui scrivo il simbolo dello zolfo (S) è ovvio che almeno uno ione di quel tipo ci sarà nella molecola, altrimenti non lo scriverei. Passiamo ora al secondo prodotto della reazione. Esso è costituito dagli ioni Al+3 e F- Il m.c.m. tra 3 e 1 è = 3, quindi nella molecola ci saranno 1 ione Al+3 e 3 ioni F- : AlF3

Ora la nostra reazione ha questo aspetto: LiF + Al2S3 Li2S + AlF3 C'è un ultimo passaggio da compiere: bilanciare la reazione. Come diceva il buon vecchio Lavoisier: nulla si crea e nulla si distrugge, ma tutto si trasforma. Tutto ciò che viene messo nella provetta a reagire, si deve ritrovare alla fine della reazione sotto forma di prodotto. Bisogna quindi controllare che il numero di ioni di ogni specie, sia lo stesso tra reagenti e prodotti.

LiF + Al2S3 Li2S + AlF3 + + Li+ Li+ S2- Li+ F- S2- Al3+ F- S2- Al3+ F-

Ora il numero di ioni Al+3 è lo stesso tra reagenti e prodotti. Il numero 2 messo davanti alla formula dell'AlF3 ci dice che dalla reazione avranno luogo due molecole di tale prodotto e dato che una molecola contiene 3 ioni F-, allora 2 molecole conterranno in tutto 6 ioni F-. In pratica il coefficiente stechiometrico 2 non moltiplica solo gli ioni Al+3 in base ai quali è stato calcolato, ma anche gli ioni F- ad essi legati. Ora ci ritroviamo con 6 ioni F- tra i prodotti ed uno solo ione F- tra i reagenti. Se vogliamo ottenere 6 ioni fluoruro dalla reazione, dobbiamo metterne 6 dentro la provetta. Dato che il reagente contenente lo ione fluoruro, cioè il fluoruro di litio, ha un solo ione F-, dovremo far reagire ben 6 molecole di fluoruro di litio: 6LiF + Al2S3 Li2S + 2AlF3

Il coefficiente stechiometrico 6 moltiplica anche gli ioni Li+ che quindi diventano a loro volta 6 (fra i reagenti). Nel prodotto, il solfuro di litio, ci sono due ioni Li+ quindi si formeranno (6 : 2) = 3 molecole di solfuro di litio: 6LiF + Al2S3 3Li2S + 2AlF3 Ora non resta che controllare che il numero di ioni solfuro S2- sia lo stesso tra reagenti e prodotti. Se abbiamo bilanciato bene la reazione i conti dovrebbero tornare. Tra i reagenti abbiamo 3 ioni solfuro e lo stesso tra i prodotti essendosi formate 3 molecole contenenti ognuna uno ione solfuro. Ecco quindi la nostra reazione completa: 6LiF + Al2S3 3Li2S + 2AlF3 Questa equazione chimica ci dice che se noi facciamo reagire 6 molecole di LiF (fluoruro di litio) con una molecola di Al2S3 (solfuro di alluminio), otteniamo 3 molecole di Li2S (solfuro d'alluminio) e 2 molecole di AlF3 (fluoruro d'alluminio).