Vai alla Home Page About me Courseware Federica Living Library Federica Virtual Campus 3D Le Miniguide all'orientamento Gli eBook di Federica
 
I corsi di Medicina e Chirurgia
 
Il Corso Le lezioni del Corso La Cattedra
 
Materiali di approfondimento Risorse Web Il Podcast di questa lezione

Paolo Arcari » 5.Le Reazioni chimiche II


Definizione

Una reazione chimica è quel processo attraverso il quale delle sostanze, definite reagenti, si trasformano in altre, dette prodotti.

Durante una reazione chimica si rompono i legami chimici presenti nei reagenti e si formano nuovi legami caratteristici dei prodotti. Questo processo è caratterizzato da un riarrangiamento dei legami chimici tra i vari elementi che partecipano alla reazione e non da un cambiamento degli elementi stessi.

A questo processo prendono parte gli elettroni degli strati più esterni degli elementi che costituisconi i reagenti e i prodotti.

 

Equazioni chimiche

Le reazioni chimiche vengono rappresentate usando delle equazioni chimiche del tipo:

A + B  → C + D

A + B  ↔ C + D

Le formule dei reagenti vengono scritte a sinistra della freccia mentre quelle dei prodotti vengono scritte a destra della freccia. Al lato della formula del composto viene anche indicato lo stato fisico tra parentesi: (s) per solido, (l) per liquido e (g) per gassoso. Quando una sostanza è sciolta in acqua, cioè si ha una soluzione acquosa della sostanza, essa viene indicata con (aq).

Quando c’è una sola freccia, la reazione avviene in modo completo nel senso indicato dalla freccia  e viene detta irreversibile. Se c’è invece una doppia freccia, la reazione è incompleta e viene detta reversibile.

Classificazione delle reazioni chimiche I

Le reazioni chimiche possono essere suddivise in due gruppi fondamentali:

reazioni di ossido-riduzione, nelle quali cambia il numero di ossidazione di reagenti e prodotti;

reazioni non di ossido-riduzione, nelle quali non si osserva variazione del numero di ossidazione.

Basandosi su una classificazione più dettagliata, le reazioni chimiche possono essere distinte in:

Reazioni di neutralizzazione. Queste avvengono avvengono tra un acido ed una base e vengono anche dette reazioni di salificazione o acido-base.

Esempio: HCl + NaOH →  NaCl + H2O

Reazioni di doppio scambio, in cui gli ioni si combinano in soluzione per formare un prodotto di reazione insolubile che precipita.

Esempio: AgNO3  +  NaCl   → NaNO3  +  AgCl (precipitato)

 

Classificazione delle reazioni chimiche II

Reazioni che sviluppano gas, in cui si forma un prodotto gassoso che si allontana dalla soluzione.

Esempio: CuCO3(s) + 2 HNO3(aq) → Cu(NO3)2 (aq) + CO2 (g) + H2O (l)

Reazioni di addizione in cui due reagenti danno origine ad un unico prodotto.

Esempio: C3H6 + HCl → C3H7Cl

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

Esempio: CH3COOC2H5  +  H2O → CH3COOH  +  C2H5OH

Reazioni di condensazione in cui si sottrae una molecola d’acqua tra due molecole di reagente; rappresenta la reazione inversa dell’idrolisi.

Esempio:  H2N-CHR-COOH  +  H2N-CHR’-COOH  →  H2N-CHR-CO-NH-CHR’-COOH   +   H2O

Reazioni di sintesi, in cui il prodotto si forma dai suoi costituenti elementari.

Esempio: 2H2 + O2 → 2H2O

Reazioni di decomposizione, in cui il reagente  si trasforma nei suoi costituenti.

Esempio: 2H2O2 → 2H2O + O2

 

Legge della conservazione della materia I

La legge della conservazione della materia stabilisce che la materia non può essere né creata né distrutta. Questa legge, quando applicta alle reazione chimiche, indica che la massa dei prodotti che si ottengono da una reazione deve essere uguale a quella dei reagenti. Ciò significa anche che se nei reagenti sono presenti 10 atomi di un elemento, questi devono essere presenti anche nei prodotti.

Prendiamo ad esempio in esame la reazione:

P4 + Cl2 →  PCl3

Per rispettare il principio della conservazione della materia bisogna operare il bilanciamento della reazione; cioè bisogna utilizzare dei coefficienti in modo che la quantità di atomi presenti a sinistra sia uguale a quelli presenti a destra. In questa reazione poichè a sinistra sono presenti 4 atomi di fosforo (P4), per avere a destra lo stesso numero di atomi di fosforo si aggiunge un coefficiente uguale a 4 davanti al prodotto (PCl3). Di conseguenza il numero totale di atomi di cloro a destra risulterà pari a 12 e pertanto per bilanciare quelli presenti a sinistra, bisognerà aggiungere davanti al cloro (Cl2) un coefficiente pari a 6.

Legge della conservazione della materia II

La relazione quantitativa tra reagenti e prodotti è definita stechiometria ed i coefficienti presenti in una equazione chimica vengono definiti coefficienti stechiometrici.

In definitiva la reazione bilanciata risulterà:

 P4 + 6Cl2 →  4PCl3

Per questa reazione la legge ci dice che per produrre 4 (coefficiente) molecole di tricloruro di fosforo occorrono 1 (coefficiente) molecola tetraatomica di  fosforo e 6 (coefficiente) molecole biatomiche di cloro. Infatti sia a sinistra che a destra sono presenti 4 atomi di P e 12 atomi (6×2; 4×3) di Cl.

Il coefficiente che precede ogni formula rappresenta il numero di atomi, molecole o moli di reagenti e prodotti. Quindi 1 mole di P4 reagisce con 6 moli di Cl2 per produrre 4 moli di PCl3.

Equilibrio chimico

Finora, nel rappresentare le reazioni, abbiamo usato una sola freccia che indica la direzione da reagenti a prodotti, come se le reazioni andassero solo in quella direzione, cioè come se esse fossero tutte irreversibili; in effetti quasi tutte le reazioni chimiche sono reversibili e dovremo perciò usare una doppia freccia e scrivere:

A+B ↔ C+D

Questo significa che dai reagenti si possono ottenere i prodotti e viceversa.

Quando i reagenti vengono messi insieme, predomina la reazione di formazione dei prodotti, ma man mano che i reagenti si consumano questa formazione viene rallentata e contempoaraneamente accelera la reazione che dai prodotti porta ai reagenti. Ad un certo punto la velocità della reazione diretta (da reagenti a prodotti) sarà uguale a quella della reazione inversa (da prodotti a reagenti) e si dice che la reazione ha raggiunto l’equilibrio chimico. Quindi, all’equilibrio, saranno presenti tutti i componenti, ognuno con una concentrazione che non cambia nel tempo. Poiché la reazione inversa e quella diretta continuano ad avvenire, si parla anche di equilibrio dinamico.

Legge di azione di massa

Poiché all’equilibrio le concentrazioni dei reagenti e dei prodotti sono costanti nel tempo (non significa che sono uguali), sarà costante anche il loro rapporto.

aA+bB ↔ cC+dD                                                   K =   [C]c x [D]d / [A]a x [B]b

Questo rapporto esprime la legge di azione di massa la quale indica che se si modifica la concentrazione di un componente, si modificheranno le concentrazioni anche degli altri componenti del sistema in maniera tale che il rapporto K resti costante.

Gli esponenti sono i rispettivi coefficienti stechiometrici della reazione.

La costante K viene chiamata costante di equilibrio ed è una costante termodinamica; dipende solo dalle sostanze in equilibrio e dalla T del sistema. Il valore di K è caratteristico per ogni specifica reazione ed è legato alla natura dei reagenti. Dal valore numerico della costante di equilibrio si può dedurre se una reazione è più a favore verso la formazione dei prodotti o dei reagenti.  Infatti se K è >1, è favorita la formazione dei prodotti; viceversa se k è <1, la formazione dei prodotti è meno favorita e quindi sarà favorita la formazione dei reagenti.

La relazione sopra descritta permette di calcolare come variano le concentrazioni degli altri componenti del sistema se si varia la concentrazione di uno di essi (sempre però a T costante).

  • Contenuti protetti da Creative Commons
  • Feed RSS
  • Condividi su FriendFeed
  • Condividi su Facebook
  • Segnala su Twitter
  • Condividi su LinkedIn
Progetto "Campus Virtuale" dell'Università degli Studi di Napoli Federico II, realizzato con il cofinanziamento dell'Unione europea. Asse V - Società dell'informazione - Obiettivo Operativo 5.1 e-Government ed e-Inclusion