Reazione Chimica
Una reazione chimica è un processo in cui alcune
specie chimiche (reagenti) si trasformano in
altre specie chimiche (prodotti).
Da un punto di vista molecolare, una reazione è
un riarrangiamento di elettroni esterni di alcuni
atomi presenti nelle specie implicate, con
sostituzione di legami chimici in altri legami
chimici.
Reazione Chimica
Nello studio delle reazioni chimiche occorre
affrontare alcuni problemi:
1) Definire i criteri generali che consentono di
rappresentare una reazione chimica in modo
simbolico e schematico
2) Trovare le relazioni quantitative tra le sostanze
coinvolte nella reazione (aspetto stechiometrico).
3) Stabilire in quali condizioni di temperatura,
pressione, ecc. può avvenire la reazione (aspetto
termodinamico)
4) Stabilire in quanto tempo avviene la reazione
(aspetto cinetico)
1) Definire i criteri generali che consentono di rappresentare una
reazione chimica in modo simbolico e schematico
E’ rappresentata da un’equazione chimica del tipo:
A + B + …. = P + Q + ...
Reagenti
Prodotti
Le equazioni chimiche dovrebbero essere scritte
aggiungendo, accanto ad ogni composto, il rispettivo
stato di aggregazione, cioè (g) per gas, (s) per solido,
(l) per liquido, (aq) per in soluzione acquosa.
CaCO3 (s) = CaO(s) + CO2(g)
2) Trovare le relazioni quantitative tra le sostanze coinvolte nella
reazione (aspetto stechiometrico).
BILANCIAMENTO DELLA REAZIONE
Nell’equazione chimica il numero totale di atomi di
ciascun elemento deve essere lo stesso nei due
membri dell’equazione (bilanciamento della massa).
N2 + 3 H2 = 2 NH3
Nell’equazione chimica in cui compaiono degli ioni la
somma algebrica delle cariche ioniche dei reagenti
deve essere uguale in valore e segno a quella dei
prodotti (bilanciamento della carica).
PbO + 2 H+ = Pb2+ + H2O
I coefficienti stechiometrici definiscono i rapporti
secondo cui le varie specie scompaiono o si formano
in quella data reazione.
Reazioni di ossidoriduzione
(reazioni in cui si hanno variazioni dei numeri di ossidazione;
trasferimento di elettroni)
Numero di ossidazione
Carica che l’atomo di un elemento assumerebbe
nell’ipotesi che tutti gli elettroni impegnati nei legami
si localizzino sull’atomo più “elettronegativo”.
Elettronegatività: tendenza di un atomo ad attrarre a
sé gli elettroni quando si lega con altri atomi
H
-
H
+
O
H
2-
+
O
H
+
Il numero di ossidazione viene attribuito ad ogni
atomo di un composto utilizzando le regole:
•stato elementare
•l’ossigeno* nei vari
composti
•l’idrogeno* nei composti
•nei composti ionici, gli ioni
n° ossidazione 0
n° ossidazione -2
n° ossidazione +1
n° ossidazione =
carica ione
•la somma algebrica dei numeri
•di ossidazione in un composto è eguale a zero
(composto è neutro)
è eguale alla carica se il
composto è uno ione molecolare.
* Con l’eccezione dell’acqua ossigenata e perossidi (-1)
* Con l’eccezione degli idruri dei metalli (-1)
carica totale
della molecola
(+1) x (-2)
H3PO4
(+1)(+1)x(-2)
KHSO4
x
(-2)
Cr2O7
2-
=
somma dei numeri di ossidazione
di tutti gli atomi della molecola
0 = 3×(+1) + x + 4×(-2)
x = +5
0 = +1+1 + x + 4×(-2)
x = +6
-2 = 2 x + 7×(-2)
x = +6
Alcuni
elementi
possono
assumere
N.O.
differente, a seconda della molecola di cui fanno
parte.
Fe ha:
N.O. = +2 in FeO (ossido ferroso),
N.O. = +3 in Fe2O3 (ossido ferrico).
S ha:
N.O. = +4 in H2SO3 (acido solforoso),
N.O. = +6 in H2SO4 (acido solforico)
Reazioni in cui non si ha variazione del
numero di ossidazione.
Reazioni Acido-Base:
Al(OH)3 + 3 HCl = AlCl3 + 3 H2O
Reazioni di spostamento o di scambio:
NaCl + H2SO4 = NaHSO4 + HCl
NH4Cl + KOH = KCl + NH3 + H2O
AgNO3 + NaCl = NaNO3 + AgCl
Reazioni di ossidoriduzione
Cu2+(aq) + Zn(s) Cu(s) + Zn2+(aq)
ossidazione: Zn(s) Zn2+(aq) + 2 eriduzione:
Cu2+(aq) + 2 e- Cu(s)
La sostanza che acquista elettroni (Cu2+)
si riduce, ed è detta ossidante.
La sostanza che perde elettroni (Zn) si
ossida, ed è detta riducente.
Reazione di ossidoriduzione
C + O2 CO2
Il trasferimento elettronico non è
evidente.
Bilanciamento delle reazioni redox
• Metodo della variazione del numero di
ossidazione
• Metodo delle semireazioni
1. Bilanciamento del numero di elettroni
2. Bilanciamento delle cariche
3. Bilanciamento degli atomi
Metodo della variazione del n.o.
-1e-
+7
MnO4- + Fe2+ Mn2+ + Fe3+
+5e-
Perché gli e- siano bilanciati (stadio 1. del
bilanciamento) bisogna moltiplicare per 5 i
coeff. stechiometrici del Fe2+ e Fe3+:
MnO4- + 5Fe2+ Mn2+ + 5Fe3+
MnO4- + 5Fe2+ Mn2+ + 5Fe3+
Bilanciamento cariche: ci sono 9 cariche + a
sinistra e 17 + a destra.
Si potrebbero aggiungere OH- a destra o H+ a
sinistra. La scelta dipende dall’ambiente in cui
la reazione avviene.
In questo caso l’ambiente è acido, quindi:
MnO4- + 5Fe2+ + 8 H+ Mn2+ + 5Fe3+
MnO4- + 5Fe2+ +8 H+ Mn2+ + 5Fe3+
Bilanciamento atomi: occorre aggiungere
molecole di acqua
MnO4- + 5Fe2+ +8 H+ Mn2+ + 5Fe3+ + 4 H2O
Altro esempio di bilanciamento:
-1e- x 2 = -2e+6
Cr2O72- + 2I- I2 + 2Cr3+
+3e- x 2 = +6e-
Cr2O72- + 6I- 3I2 + 2Cr3+
e- bilanciati
Cr2O72- + 6I- + 14H+ 3I2 + 2Cr3+
cariche bilanciate
Cr2O72- + 6I- + 14H+ 3I2 + 2Cr3+ + 7H2O
atomi bilanciati
Reazione di dismutazione
Quando in una reazione uno stessa specie si
ossida e si riduce.
+2e-
+6
+6
+7
+4
Es. MnO42- + MnO42- MnO4- + MnO2
-1e-
3MnO42- + 4 H+ 2MnO4- + MnO2 +2H2O
Metodo della variazione del n.o.
• bilanciare il numero di elettroni persi e
guadagnati utilizzando i coefficienti
stechiometrici;
• bilanciare le cariche con H+ (per amb. acido)
o con OH- (ambiente basico);
• bilanciare con H2O gli atomi di idrogeno e di
ossigeno.
Metodo delle semireazioni
MnO4- + Fe2+ Mn2+ + Fe3+
1) Individuare le due semireazioni (red ed ox) per
ciascuna semireazione:
MnO4Fe2+
=
=
Mn2+
Fe3+
2) Bilanciare l’elemento che si ossida (che si riduce)
OK
3) Bilanciare l’ossigeno con H2O
MnO4Fe2+
=
=
Mn2+ + 4 H2O
Fe3+
MnO4Fe2+
=
=
Mn2+ + 4 H2O
Fe3+
4) Bilanciare l’idrogeno con H+
8 H+ + MnO4=
Mn2+ + 4 H2O
Fe2+
=
Fe3+
5) Bilanciare le cariche con elettroni
8 H+ + MnO4-+ 5e-=
Mn2+ + 4 H2O
Fe2+
=
Fe3+
+ e-
6) Moltiplicare le due semi-reazioni per due fattori
interi tali da eguagliare il numero di elettroni in gioco
nelle due semi-reazioni.
8 H+ + MnO4-+5e-=
5 Fe2+
=
Mn2+ + 4 H2O
5 Fe3+ +5e-
X1
X5
MnO4- + 5Fe2+ +8 H+ = Mn2+ + 5Fe3+ + 4 H2O
7) Sommare algebricamente le due semi-reazioni
eliminando o semplificando i termini simili ed
eventualmente riducendo i coefficienti dell’equazione
globale dividendoli tutti per il loro massimo comun
divisore
