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Valeria Costantino » 7.Reazioni in soluzione


Soluzioni acquose

Il corpo umano è costituito per 2/3 da acqua, che è coinvolta in tutte le funzioni vitali.

Delle migliaia di reazioni che avvengono negli organismi e nell’ambiente, la maggioranza avviene in soluzione acquosa.

E’ fondamentale, quindi, conoscere quello che avviene quando una sostanza viene messa in acqua.


Soluzioni acquose II

Inizieremo da questa lezione lo studio delle soluzioni acquose, sistemi chimici in cui l’acqua svolge un ruolo fondamentale.

Miscela omogenea (soluzione) di acqua e sale.

Miscela omogenea (soluzione) di acqua e sale.


Soluzioni

Una soluzione è una miscela omogenea di due o più sostanze, in cui uno dei componenti (detto solvente) è molto più abbondante degli altri (detti soluti).

Il solvente determina lo stato fisico (solido, liquido o gassoso) della soluzione.

Noi studieremo le soluzioni acquose, quelle cioè, in cui il solvente è l’acqua.

Esistono anche soluzioni solide, come ad esempio le leghe metalliche.


Soluzioni II

Iniziamo lo studio di quei composti che si sciolgono in acqua, formando ioni.

Se poniamo cloruro di rame (solido) in acqua (nell’immagine), l’interazione tra l’acqua e gli ioni di cui è costituto il sale ne determina la dissoluzione.


Dissoluzione

La dissoluzione di un solido ionico richiede la separazione di ciascun ione da quelli di carica opposta che lo circondano nella fase solida.

L’acqua è un buon solvente per i composti ionici, perché ciascuna molecola di acqua possiede una estremità positiva ed una negativa.

Polarità della molecola di acqua.

Polarità della molecola di acqua.


Soluzioni

Quando un composto ionico si scioglie in acqua, ogni ione negativo viene circondato da molecole di acqua che si orientano verso di esso con l’estremità positiva ed ogni ione positivo viene circondato da molecole di acqua che si orientano verso di esso con l’estremità negativa.

Gli ioni circondati da molecole di acqua sono liberi di muoversi, il moto è casuale e gli ioni positivi e negativi che derivano dal composto ionico sono uniformemente distribuiti nella soluzione.

Soluzioni II

Se nella soluzione introduciamo due elettrodi collegati ad un generatore di corrente, il moto non sarà più casuale: i cationi si muoveranno verso l’elettrodo negativo e gli anioni verso quello positivo.


Soluzioni III

Collegando il circuito con una lampadina, questa si accenderà evidenziando la capacità degli ioni di condurre la corrente elettrica in soluzione.

I composti le cui soluzioni acquose conducono l’elettricità sono chiamati elettroliti.

Tutti i composti ionici solubili in acqua sono elettroliti.

Tipi di Elettroliti

Gli elettroliti si dicono forti se il composto si dissocia completamente in soluzione. Sono elettroliti forti molti composti ionici (sali).

Sono elettroliti deboli quelle sostanze che in soluzione si dissociano solo parzialmente. Per esempio, quando si pone acido acetico in acqua, solo una piccola parte di molecole di acido si ionizzano per formare ioni acetato e ioni idrogeno.

Molte altre sostanze (ad es. l’etanolo) si sciolgono in acqua, ma non si dissociano in ioni. Queste sostanze sono chiamate non-elettroliti.

Tipi di Elettroliti

La conduttività elettrica (o resistività elettrica) delle soluzioni ioniche.


Scrittura delle equazioni per reazioni ioniche in soluzione acquosa

Per rappresentare le reazioni ioniche in soluzione acquosa i chimici impiegano tre tipi di equazioni:

  • equazione molecolare (mostra reagenti e prodotti come se fossero composti indissociati);
  • equazione ionica totale (mostra tutte le sostanze solubili dissociate in ioni);
  • equazione ionica netta (mostra la trasformazione chimica che avviene realmente, senza ioni spettatori).

Gli ioni spettatori sono quelli che non partecipano alla trasformazione, quindi compaiono invariati in entrambi i membri dell’equazione.

Scrittura delle equazioni per reazioni ioniche in soluzione acquosa


Solubilità dei composti ionici in acqua

Non tutti i composti ionici sono completamente solubili in acqua.

Molti si sciolgono solo in piccola parte, alcuni sono insolubili.

Se un composto contiene uno degli ioni presenti nella sinistra in alto della tabella riportata di seguito, esso sarà solubile in acqua.

Test: predire se i seguenti composti ionici sono solubili in acqua; se sì indicare gli ioni presenti in soluzione.

  • KCl
  • MgC03
  • Ba(OH)2
  • PbS
  • AgOH

Solubilità dei composti ionici in acqua: composti solubili

  • Quasi tutti i sali di Na+, K+ e NH4+
  • Sali di  nitrati, NO3-
    • clorati, ClO3-
    • perclorati, ClO4-
    • acetati, CH3CO2-
  • Quasi tutti i sali di Cl-, Br- e I-
  • Composti contenenti F-
  • Sali dei solfati, SO42-

Eccezioni

  • Alogenuri di Ag’, Hg22′, Pb2′
  • Floruri di Mg2′, Ca2′, Sr2′, Ba2′, Pb2′
  • Solfati di Ca2′, Sr2‘, Ba2′, Pb2′

Solubilità dei composti ionici in acqua: composti insolubili

  • La maggior parte dei carbonati, CO32-
    • fosfati, PO43-
    • ossalati, C2O42-
    • cromati, CrO42-
  • La maggior parte dei solfuri metallici, S2-
  • La maggior parte degli ossidi ed idrossidi dei metalli

Eccezioni

  • Sali di NH4+ e dei cationi dei metalli alcalini
  • Ba(OH)2 è insolubile

Reazioni in soluzione acquosa: precipitazione

Le reazioni di precipitazione producono composti insolubili in acqua, chiamati precipitati. I reagenti di tali reazioni sono composti ionici solubili in acqua.

Ogni volta che in una soluzione acquosa sono presenti ioni che, insieme, possono formare un solido insolubile, il composto insolubile si forma velocemente sotto forma di polvere finissima (precipitato).


Reazioni in soluzione acquosa: precipitazione II

Tipicamente, una reazione di precipitazione si forma quando si mescolano due soluzioni di elettroliti forti solubili, una delle quali contiene l’anione, e l’altra il catione del sale insolubile che si viene a formare (naturalmente questo non è l’unico modo possibile per avere precipitazione).

Per esempio:

NaCl (aq) + AgNO3 (aq) -> AgCl (s) + NaNO3 (aq)


Solubilità dei composti ionici in acqua

Valutare se in ciascuno dei seguenti casi, mescolando soluzioni dei due reagenti avviene una precipitazione.

Scrivere l’equazione ionica totale e quella netta bilanciate:

  • carbonato di sodio (aq)+ cloruro di rame (II)(aq)
  • carbonato di potassio (aq)+ nitrato di sodio (aq)
  • cloruro di ferro (II) (aq) + fosfato di cesio (aq)
  • idrossido di sodio (aq) + nitrato di cadmio (aq)
  • bromuro di magnesio (aq) + acetato di potassio (aq)
  • solfato di argento (aq) + cloruro di bario (aq)
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