S 2 - TED-Learning

Le reazioni chimiche
Cationi e Anioni in cerca di nuovi
partner ;o)
Cominciamo con un semplice esempio:
LiF + Al2S3
Come prima cosa bisogna scoprire quali legami
si rompono e quali ioni si formano in soluzione.
In questo caso è facile, perchè in entrambe le
molecole ci sono solo due diversi tipi di
elementi.
La prima molecola darà origine ad uno ione litio
e ad uno ione fluoruro. La seconda molecola
darà origine a due ioni alluminio e a tre ioni
solfuro.
Lii
S
Al
F
+
S
Al
S
La formazione degli ioni in
soluzione:
Al3+
S2-
Al3+
S2-
Li+
F-
S2-
• Ora dobbiamo ricavare le cariche degli ioni che si
formano.
• Per farlo bisogna cercare sulla tavola periodica i
numeri di ossidazione degli elementi e considerare
che le molecole debbono essere elettricamente
neutre. Questo significa che la somma delle
cariche positive di una molecola, deve essere
uguale alla somma delle cariche negative.
• Il litio ha un unico numero di ossidazione: +1,
quindi darà origine allo ione: Li+
• Il fluoro ha come unico numero di ossidazione -1,
quindi darà origine allo ione F- detto ione fluoruro.
• Nel secondo reagente vediamo che
l'alluminio ha come unico numero di
ossidazione +3, quindi darà origine allo ione
Al+3.
• Lo zolfo invece ha parecchi numeri di
ossidazione, ma l'unico numero negativo è 2. Dato che le molecole devono essere
elettricamente neutre, lo zolfo qui dovrà
essere negativo per bilanciare le cariche
positive dell'alluminio. Lo ione solfuro avrà
quindi carica -2 (S-2).
• In soluzione ci saranno quindi gli ioni Al+3 ,
F- , Li+ e S-2 .
La formazione degli ioni in
soluzione:
Al3+
S2-
Al3+
S2-
Li+
F-
S2-
• Dato che cariche dello stesso segno si respingono
mentre cariche di segno opposto si attraggono, gli
ioni positivi saranno attirati dagli ioni negativi e
respinti da quelli positivi. Ciò fa sì che quando uno
ione positivo ne incontra un altro positivo essi si
respingono, mentre quando ne incontra uno
negativo si attraggono formando, eventualmente,
un legame chimico.
• Naturalmente se facciamo ricombinare lo ione Li+
con lo ione F- e lo ione Al+3 con lo ione S-2
otterremo di nuovo le molecole dei reagenti, come
dire che non è avvenuta nessuna reazione.
• Ciò che dobbiamo fare è invece combinare lo ione
positivo di una molecola con lo ione negativo
dell'altra:
• Li+ con S-2 e Al+3 con F-:
Li+S-2 + Al+3 F-
Li+
S2-
Al+3
F-
Li+S-2 + Al+3F• Le formule così scritte, però, non sono
elettricamente neutre e quindi dovremo variare il
numero di ioni positivi e negativi che si combinano
tra loro in modo da renderle neutre.
• La prima molecola ad esempio scritta così ha una
carica positiva e due cariche negative: +1 -2 = -1
La somma algebrica delle cariche di una molecola
elettricamente neutra è 0.
• Affinché la somma algebrica delle cariche sia = 0
dobbiamo calcolare il minimo comune multiplo
(senza tener conto del segno negativo) delle
cariche degli ioni legati.
Li+S-2 + Al+3F• Nella prima molecola dobbiamo calcolare il minimo
comune multiplo tra 1 e 2, che è 2. Poi per trovare
quanti ioni Li+ sono presenti nella molecola,
dividiamo il minimo comune multiplo (m.c.m.) per la
carica del litio, cioè per 1:
• 2:1=2
• Ciò significa che la molecola conterrà 2 ioni litio.
• Poi dividiamo il m.c.m. per la carica dello ione
solfuro (sempre senza tener conto del segno
negativo):
• 2:2=1
• Ciò significa che la molecola conterrà uno ione
solfuro.
• La formula del primo prodotto sarà quindi:
• Li2S
• perchè scriveremo al piede di ogni simbolo il
numero di ioni presenti nella molecola.
Naturalmente il numero 1 può essere sottinteso,
perchè nel momento stesso in cui scrivo il simbolo
dello zolfo (S) è ovvio che almeno uno ione di quel
tipo ci sarà nella molecola, altrimenti non lo
scriverei.
• Passiamo ora al secondo prodotto della reazione.
Esso è costituito dagli ioni
• Al+3 e F• Il m.c.m. tra 3 e 1 è = 3, quindi nella molecola ci
saranno 1 ione Al+3 e 3 ioni F- :
• AlF3
• Ora la nostra reazione ha questo aspetto:
• LiF + Al2S3
Li2S + AlF3
• C'è un ultimo passaggio da compiere: bilanciare la
reazione.
• Come diceva il buon vecchio Lavoisier: nulla si
crea e nulla si distrugge, ma tutto si
trasforma.
• Tutto ciò che viene messo nella provetta a
reagire, si deve ritrovare alla fine della reazione
sotto forma di prodotto.
• Bisogna quindi controllare che il numero di ioni di
ogni specie, sia lo stesso tra reagenti e prodotti.
LiF + Al2S3
Li+
Li+
F-
Li2S + AlF3
S2-
+
Li+
S2F-
Al3+
S2Al+3
S2-
Al3+
F-
F-
+
• Ora il numero di ioni Al+3 è lo stesso tra reagenti e prodotti.
• Il numero 2 messo davanti alla formula dell'AlF3 ci dice che
dalla reazione avranno luogo due molecole di tale prodotto e
dato che una molecola contiene 3 ioni F-, allora 2 molecole
conterranno in tutto 6 ioni F-.
• In pratica il coefficiente stechiometrico 2 non moltiplica
solo gli ioni Al+3 in base ai quali è stato calcolato, ma anche
gli ioni F- ad essi legati.
• Ora ci ritroviamo con 6 ioni F- tra i prodotti ed uno solo ione
F- tra i reagenti. Se vogliamo ottenere 6 ioni fluoruro dalla
reazione, dobbiamo metterne 6 dentro la provetta. Dato che
il reagente contenente lo ione fluoruro, cioè il fluoruro di
litio, ha un solo ione F-, dovremo far reagire ben 6 molecole
di fluoruro di litio:
• 6LiF + Al2S3
Li2S + 2AlF3
• Il coefficiente stechiometrico 6 moltiplica anche gli ioni Li+
che quindi diventano a loro volta 6 (fra i reagenti). Nel
prodotto, il solfuro di litio, ci sono due ioni Li+ quindi si
formeranno (6 : 2) = 3 molecole di solfuro di litio:
• 6LiF + Al2S3
3Li2S + 2AlF3
• Ora non resta che controllare che il numero di ioni solfuro
S2- sia lo stesso tra reagenti e prodotti. Se abbiamo
bilanciato bene la reazione i conti dovrebbero tornare.
• Tra i reagenti abbiamo 3 ioni solfuro e lo stesso tra i
prodotti essendosi formate 3 molecole contenenti ognuna
uno ione solfuro.
• Ecco quindi la nostra reazione completa:
• 6LiF + Al2S3
3Li2S + 2AlF3
• Questa equazione chimica ci dice che se noi facciamo
reagire 6 molecole di LiF (fluoruro di litio) con una molecola
di Al2S3 (solfuro di alluminio), otteniamo 3 molecole di Li2S
(solfuro d'alluminio) e 2 molecole di AlF3 (fluoruro
d'alluminio).