I fenomeni chimici

Cap. 7 I fenomeni chimici
7.1 Reazioni chimiche
Gli atomi hanno un'attività chimica che è una misura della tendenza che essi
hanno a combinarsi con altri atomi; queste combinazioni formano i fenomeni
chimici.
Quando due elementi si uniscono per formare un composto questo possiede
proprietà diverse da quelle degli atomi di partenza. Queste trasformazioni Fig. 1
prendono il nome di reazioni chimiche.
La reazione chimica è un fenomeno chimico per il quale alcune sostanze,
dette reagenti, si combinano fra loro formando altre sostanze dette prodotti.
L'acqua è un composto che deriva dalla combinazione di due elementi idrogeno e
ossigeno.
7.2 Reagenti e prodotti
Osserviamo la reazione chimica mostrata qui sotto. Prima della formazione
dell’acqua avevamo: due molecole di idrogeno e una di ossigeno. Affinché si
formi l’acqua i legami di queste molecole devono essere rotti. A questo punto
possono formarsi due molecole di acqua.
Fig. 2
Le sostanze di partenza (idrogeno e ossigeno) sono dette reagenti da questa
Fig. 3
si è formata una nuova sostanza (l’acqua) prodotto della reazione.
Altri esempi di reazione sono:
1) L'anidride solforosa che è un composto che deriva dalla combinazione
dell'ossigeno con lo zolfo (fig. 2)
2) Il solfuro di ferro deriva dalla combinazione di ferro e zolfo (fig. 3)
3) La combustione del metano che forma acqua e anidride carbonica
4) La reazione fra acido cloridrico e idrossido di sodio che forma il cloruro
di sodio e l’acqua
Reagenti
Prodotti
Occorre ricordare che idrossido di sodio e cloruro di sodio sono composti ionici
e le molecole qui rappresentate non corrispondono alla realtà.
Riassumendo
Una reazione chimica è un processo mediante il quale sostanze di partenza
rompono i propri legami chimici per formarne altri originando nuove sostanze.
Si definiscono reagenti le sostanze di partenza della reazione chimica.
Si definiscono prodotti le sostanze che si formano quando la reazione chimica
è avvenuta.
7.3 Equazioni e leggi chimiche
Nella reazione mostrata precedentemente atomo di ferro reagisce con un atomo
di zolfo per formare una molecola di solfuro di ferro.
Fig. 4
Qui un atomo di zolfo reagisce con una molecola di ossigeno per formare una
molecola di anidride solforosa.
Sopra una molecola di anidride solforosa reagisce con una molecola di acqua per
formare una molecola di acido solforoso.
Tutte queste reazioni possono essere rappresentate con le equazioni chimiche.
Un'equazione chimica descrive una reazione ponendo in genere i reagenti
con la loro formula molecolare a sinistra e i prodotti a destra con al centro
una freccia che rappresenta il verso che segue la reazione.
In tutte queste equazioni
chimiche si può notare
come il numero degli
atomi presenti a sinistra
sia esattamente uguale
al numero degli atomi
7.4 Leggi chimiche
presenti a destra
Le leggi chimiche che prenderemo in considerazione sono tre:
1) Leggi della conservazione della massa o legge di Lavoisier
2) Legge delle proporzioni definite o legge di Proust
3) Legge delle proporzioni multiple o legge di Dalton
7.4.1 Legge della conservazione della massa
In una reazione chimica i reagenti mantengono inalterati massa e numero. Questo
è alla base della legge fondamentale della chimica o legge di Lavoisier.
In una qualsiasi reazione chimica la massa complessiva delle sostanze reagenti
è uguale alla massa complessiva dei prodotti della reazione.
In una qualsiasi reazione chimica il numero complessivo degli atomi delle
sostanze reagenti è uguale al numero complessivo di atomi dei prodotti della
reazione.
Consideriamo la seguente reazione
Nei reagenti abbiamo: CH4 (metano) 1 atomo di carbonio 4 atomi idrogeno 2O2
4 atomi di ossigeno; nei prodotti abbiamo CO2 (anidrite carbonica) 1 atomo
carbonio 2 atomi di ossigeno 2H2O 4 atomi idrogeno 2 atomi ossigeno
Una reazione di questo genere si dice bilanciata.
Consideriamo la seguente reazione
(fig. 4)
Osserviamo che essa non ubbidisce alla legge di Lavoisier; reagenti e prodotti
non hanno lo stesso numero di atomi. Una reazione di questo genere si dice che
non è bilanciata.
Posso prendere 2 Fe ma per avere 3 O dovrei prendere 1,5 O2 e ciò non è
possibile
Debbo necessariamente raddoppiare il tutto e avere:
Fig. 5
A questo punto la legge di Lavoisier è rispettata e l'equazione bilanciata
7.4.2 Legge delle proporzioni definite
In una qualsiasi reazione chimica i pesi delle sostanze reagenti sono in
rapporto costante
Consideriamo la seguente reazione
(fig. 6 e 7)
Dalla tavola vediamo che il peso atomico di Al è 27 e O 16 perciò:
Fig. 6
4 x 27g = 108 g Al; 3 x 16 x 2=96 g
Da cui si ha che 108g Al reagiscono con 96g di O per formare 204 g di Al2O3
Se uso 120 g di Al me ne avanzano 12 g
7.4.3 Legge delle proporzioni multiple
Nel 1808 l’inglese John Dalton formula la legge delle proporzioni multipli.
Quando due elementi si combinano fra loro secondo diversi rapporti di massa,
le diverse quantità di uno che si combinano con la medesima quantità Fig. 7
dell’altro hanno tra loro rapporti rappresentabili con numeri interi,
generalmente piccoli.
Un esempio è dato dalla reazione fra carbonio e ossigeno (combustione) che
permette di ottenere due molecole dalle proprietà profondamente differenti, uno
tossico e l’altro no.
1g C + 1,33g O → 2,33g CO (monossido di carbonio)
1g C + 2,66g O → 3,66g CO2 (biossido di carbonio)
L’ossigeno utilizzato per le due reazioni ha il seguente rapporto 1,33g : 2,66g =
1 : 2, ovvero numeri piccoli ed interi.