Le reazioni chimiche
Una reazione chimica è un processo in cui una o più sostanze chiamate reagenti si trasformano in altre chiamate prodotti.
Le reazioni chimiche costituiscono fatti sperimentali e, quindi, reali. Reazioni chimiche sono:
§ la corrosione del ferro a ruggine (che è composta da ossidi di ferro);
§ la combustione del metano o altri combustibili (il metano con l'ossigeno si trasforma in anidride carbonica o vapore acqueo);
§ la digestione (gli alimenti sono decomposti dai succhi gastrici in sostanze chimiche assimilabili dall’organismo);
Un’equazione chimica, invece, è la rappresentazione simbolica di una reazione.
I simboli e le formule dei reagenti sono scritti a sinistra di una freccia e i simboli e le formule dei prodotti a destra. La freccia rappresenta la reazione.
REAGENTI → PRODOTTI
Un’equazione chimica corretta deve essere bilanciata, cioè nella reazione deve risultare lo stesso numero di atomi nei reagenti e nei prodotti.
Osserviamo la seguente equazione chimica non bilanciata.
N2 + H2
Un'equazione chimica non bilanciata è come una ricetta senza dosi; nel nostro caso l'equazione ci dice che facendo reagire azoto e idrogeno si otterrà un composto chiamato ammoniaca ma non ci informa sui rapporti numerici esistenti tra le specie chimiche coinvolte. Se raffiguriamo l'equazione chimica non bilanciata con delle particelle ci accorgamo subito che c'è qualcosa che non va.
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Infatti mentre a sinistra della freccia abbiamo in tutto 2 atomi di idrogeno, a destra se ne contano 3; allo stesso modo a sinistra troviamo 2 atomi di azoto mentra a destra ce n' è 1 solo. Nelle reazioni chimiche gli atomi non si creano e non si distruggono (ricordiamo la costanza della massa e quindi degli atomi nelle reazioni), ma semplicemente si dispongono in maniera differente rispetto alla situazione iniziale. Sicuramente l'equazione scritta sopra non sta rappresentando correttamente la realtà. Cerchiamo allora di bilanciarla tenendo presente che:
Nel nostro caso il primo passo da compiere è di scrivere un 2 davanti alla formula del prodotto in modo da bilanciare l'azoto (2 atomi a sinistra e 2 a destra).
N2 + H2 2NH3
Ora a destra ci sono 6 atomi di idrogeno (2 molecole contenenti 3 atomi ciascuna) e per bilanciarli è necessario scrivere un 3 davanti alla molecola dell'idrogeno (3 molecole costituite da 2 atomi ciascuna = 6 atomi in tutto)
N2 + 3H2 2NH3
Ora l'equazione è correttamente bilanciata e mi indica che con 1 molecola di azoto reagiscono 3molecole di idrogeno per dare 2 molecole di ammoniaca. Anche la nostra raffigurazione microscopica deve essere così modificata:
Come si classificano le reazioni chimiche
Considerato che il numero delle reazioni chimiche è molto elevato, i chimici le hanno classificate in cinque gruppi tenendo conto del tipo di sostanze che reagiscono e che sono prodotte.
1. Reazioni di combinazione o di sintesi.
Nelle reazioni di combinazione o di sintesi due o più reagenti formano un unico prodotto.
A + B → AB
a) Un metallo si combina con l’ossigeno per dare un ossido basico:
2Mg + O2 → 2MgO
b) Un non metallo si lega con l’ossigeno per originare un ossido acido o anidride:
S + O2 → SO2
c) Un metallo reagisce con un non metallo per formare un sale:
2Al + 3Cl2 → 2AlCl3
d) Un ossido acido si somma ad una molecola di H2O per produrre un acido:
SO3 + H2O → H2SO4
e) Un ossido basico si combina con H2O per dare un idrossido:
Na2O + H2O → 2NaOH
f) Un ossido basico si lega con un ossido acido per formare un sale:
CaO + SO2 → CaSO3
2. Reazioni di decomposizione.
Nelle reazioni di decomposizione un composto si scinde per formare due o più prodotti.
AB → A + B
a) Il carbonato di calcio, per riscaldamento, si divide in ossido di calcio e diossido di carbonio:
CaCO3 → CaO + CO2
b) Il clorato di potassio, in seguito a riscaldamento, si scinde in cloruro di potassio e ossigeno:
2 KClO3 → 2 KCl + 3O2
3. Reazioni di scambio semplice.
Le reazioni di scambio semplice, note anche come reazioni di spostamento, sono quelle in cui un elemento libero reagisce con un composto per formare un nuovo composto e sposta un elemento dal composto originario.
A + BC → AC + B
a) Due atomi di alluminio reagiscono con sei molecole di acido cloridrico per formare due molecole di cloruro di alluminio e tre molecole di idrogeno.
2Al + 6HCl → 2AlCl3 + 3H2
b) Un atomo di ferro si lega con l’acido solforico per creare una molecola di solfato di ferro e una molecola di idrogeno.
Fe + H2SO4 → FeSO4 + H2
Le reazioni di scambio semplice, combinazione e decomposizione sono anche reazioni dette di ossido-riduzione o reazioni redox.
Le reazioni di ossido-riduzione sono caratterizzate dal trasferimento di elettroni, infatti, quando un atomo o ione, perde elettroni la reazione è detta di ossidazione, invece, quando acquista elettroni è detta di riduzione.
L’ossidazione e la riduzione si verificano sempre contemporaneamente, perché un elemento cede elettroni se vi è un altro elemento che li accetta.
Esempio di ossido-riduzione:
Se analizziamo la reazione tra magnesio e ossigeno, otteniamo l’ossido di magnesio.
Il magnesio e l’ossigeno presi singolarmente contengono atomi senza carica, ma nell’ossido di magnesio, essendo un composto ionico, abbiamo cationi Mg+2 e anioni O-2.
In questa reazione ciascun atomo di magnesio cede 2elettroni e diventa catione (Mg → Mg+2 + 2e-), mentre ciascun atomo di ossigeno acquista 2elettroni e diventa anione (O + 2e- → O-2)
Mg → Mg+2(catione) + 2e- O + 2e- → O-2(anione)
4. Reazioni di doppio scambio.
In una reazione di doppio scambio due reagenti si scambiano parte delle loro molecole originando un precipitato (↓) o formando H2O(l) oppure sviluppando un gas(↑).
a) L’acido cloridrico si lega con l’idrossido di sodio per formare il cloruro di sodio e acqua.
HCl + NaOH → NaCl + H2O
b) Il solfuro di ferro reagisce con l’acido cloridrico per produrre cloruro di ferro e acido solfidrico.
FeS + HCl → FeCl2 + H2S
5. Reazioni con formazione di un precipitato
Quando il composto solido si separa dalla soluzione si dice che forma un precipitato.
La freccia rivolta verso il basso indica che il composto è insolubile.
Alcuni esempi di formazione di un precipitato:
Pb(NO3)2 + 2KI → PbI2(↓) + 2KNO3
CoCl2 + 2KOH → 2KCl + Co(OH)2(↓)
CuSO4 + 2NaOH → Cu(OH)2(↓) + Na2SO4
CuSO4 + 4NH3 →
→ (Cu(NH3)4(H2O)2)+2 (↓) + (SO4)-2
6. Reazioni endotermiche ed esotermiche
Le reazioni endotermiche ed esotermiche sono semplici reazioni in cui si registra una variazione di calore poiché avviene in esse rispettivamente un assorbimento o una liberazione di energia.
Alcuni esempi di reazioni endotermiche:
NaNO3 + H2O → soluzione che assorbe calore
NH4NO3 + H2O → soluzione che assorbe calore
Alcuni esempi di reazioni esotermiche:
NaOH + H2O → soluzione che libera calore
C2H5OH + H2O → soluzione che libera calore
Lavoro prodotto da Natale Romano, classe V sez. “G”.
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