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Emmanuele De Vendittis » 6.Reazioni chimiche

Trasformazioni chimiche

Una trasformazione chimica (reazione) è un processo in cui alcune sostanze (reagenti) si trasformano in altre (prodotti).
In una reazione chimica si rompono legami chimici e si formano nuovi legami.
Al processo partecipano gli elettroni degli strati più esterni degli elementi di reagenti e prodotti.
Quindi in una reazione chimica non cambia il tipo di elementi, ma cambiano i legami tra i vari elementi.

La reazione chimica viene simbolicamente indicata come riportato a fianco: con una sola freccia la reazione avviene in modo completo nel verso indicato dalla freccia (reazione irreversibile); se c’è invece una doppia freccia, la reazione è incompleta (reversibile).

La reazione chimica si differenzia dalla reazione nucleare in cui si formano nuovi elementi, essendo coinvolti i nuclei degli atomi, con i loro protoni e neutroni; inoltre nelle reazioni nucleari sono in gioco energie molto più elevate di quelle delle reazioni chimiche, con trasformazione di massa in energia (ΔE = Δm · c²)

Modi di rappresentare una reazione chimica.

Tipi di reazioni chimiche

Le reazioni chimiche possono essere suddivise in due grandi categorie:

reazioni redox, in cui varia il numero di ossidazione nei reagenti e prodotti
reazioni non redox, in cui non c’è variazione del numero di ossidazione

Esiste comunque anche un altro modo per classificare le reazioni, che risulta maggiormente utilizzato perché più descrittivo del processo chimico.
Le più comuni reazioni sono:
neutralizzazione, doppio scambio, addizione, sintesi, decomposizione, idrolisi, disidratazione, …..

Tipi di reazioni chimiche (segue)

Neutralizzazione
Le reazioni di neutralizzazione avvengono tra un acido ed una base; sono anche indicate come reazioni di salificazione o acido-base.

Esempi:

HCl + NaOH → NaCl + H₂O
Na₂O + SO₃ → Na₂SO₄

Doppio scambio
Le reazioni di doppio scambio sono quelle in cui si scambiano ioni nella reazione e si forma un prodotto poco solubile.

Esempio:

AgNO₃ + NaCl → NaNO₃ + AgCl ↓ (precipitato)

Sviluppo di gas (spostamento)
Le reazioni con sviluppo di gas sono quelle in cui si forma un prodotto gassoso; sono anche indicate come di spostamento.

Esempio:

Zn + 2 HCl → ZnCl₂ + H₂↑ (gas)

Tipi di reazioni chimiche (segue)

Addizione
Le reazioni di addizione sono quelle in cui da due reagenti si forma un unico prodotto.

Esempi:

CO₂ + H₂O → H₂CO₃
CH₂CH₂ + H₂ → CH₃CH₃

Idrolisi
Le reazioni di idrolisi sono quelle in cui un reagente viene scisso in due composti da una molecola di acqua.

Esempio:

CH₃COOC₂H₅ + H₂O → CH₃COOH + C₂H₅OH

Disidratazione
Le reazioni di disidratazione sono quelle in cui un si sottrae acqua ad un reagente o tra due molecole di reagente.

Esempi:

H₃PO₄ → HPO₃ + H₂O
2 H₃PO₄ → H₄P₂O₇ + H₂O

Tipi di reazioni chimiche (segue)

Sintesi
Le reazioni di sintesi sono quelle in cui il prodotto si forma dai suoi costituenti elementari.

Esempi:

H₂ + Cl₂ → 2 HCl
3 H₂ + N₂ → 2 NH₃

Decomposizione
Le reazioni di decomposizione sono quelle in cui il reagente si trasforma (decompone) in composti più semplici.

Esempi:

CaCO₃ → CaO + CO₂
2 MgO → 2 Mg + O₂

Bilanciamento delle reazioni chimiche

In tutte le reazioni chimiche deve essere sempre verificata la legge della conservazione della massa, che può essere enunciata in modi diversi:

la massa complessivamente persa dai reagenti deve risultare uguale a quella acquistata dai prodotti

oppure

niente si crea e nulla si distrugge

Attenzione:
La legge si riferisce alle quatitità di reagenti che si sono realmente trasformate in prodotti.
Inoltre la legge si riferisce alle quantità misurate in grammi e non in moli.

Dalla legge della conservazione della massa scaturisce la necessità di procedere al bilanciamento della reazione con l’introduzione dei coefficienti stechiometrici.

Coefficienti stechiometrici

I coefficienti stechiometrici sono inseriti davanti a reagenti e prodotti, in modo che la reazione chimica, acquisendo anche un significato quantitativo, diventi un’equazione di reazione.
Con i coefficienti stechiometrici la somma degli atomi di ciascun elemento dovrà risultare uguale sia nei reagenti che nei prodotti.
Con i coefficienti stechiometrici i rapporti tra le quantità di reagenti e prodotti sono espressi in moli oppure molecole (non in grammi).
La reazione bilanciata deve essere quindi “letta” in moli (molecole).
Si può sostituire dappertutto il termine “moli” con “molecole/atomi” (se non ci sono sostanze che non formano molecole).

Esempi di bilanciamento di reazioni chimiche.

Modalità per "leggere" una reazione chimica.

Calcoli stechiometrici

Nella reazione bilanciata reagenti e prodotti si trovano in rapporto stechiometrico.
Con i calcoli stechiometrici è possibile calcolare le quantità di tutti i prodotti che si sono formati, conoscendo quelle dei reagenti a disposizione e viceversa.
Nei calcoli stechiometrici occorre considerare:
a) l’equilibrio della reazione, quando la reazione non va a completezza, perché si stabilisce un equilibrio reversibile tra reagenti e prodotti;
b) i reagenti limitanti, quando la quantità di prodotti è limitata dall’effettiva disponibilità di reagenti

Quando c’è un equilibrio, la quantità di prodotti formatasi potrà essere calcolata se si conosce il grado di completezza della reazione (costante di equilibrio).

Quando ci sono reagenti in difetto (non in rapporto stechiometrico con l’altro reagente), è il reagente in difetto (limitante) che determina quindi la quantità di prodotti che è possibile ottenere.
Il reagente in eccesso sarà quindi consumato solo in parte (quella che reagisce stechiometricamente con il reagente limitante).