Capitolo 15
Le reazioni chimiche
1. Le equazioni di reazione
2. I calcoli stechiometrici
3. Reagente limitante e reagente in eccesso
4. La resa di reazione
5. I vari tipi di reazione
6. Le reazioni di sintesi
7. Le reazioni di decomposizione
8. Le reazioni di scambio o di spostamento
9. Le reazioni di doppio scambio
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Le idee della chimica
1. Le equazioni di reazione
Una reazione (o equazione) chimica è
una trasformazione di sostanze dette
reagenti in altre sostanze dette prodotti.
reagenti → prodotti
Secondo la legge di Lavoisier (legge di
conservazione della massa), durante una reazione
il numero di atomi di ciascuna specie rimane
inalterato.
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1. Le equazioni di reazione
I coefficienti stechiometrici bilanciano le reazioni:
sono numeri opportunamente introdotti per mantenere, per
ciascuna specie, l’uguaglianza tra il numero di atomi dei
reagenti e dei prodotti (bilanciamento).
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1. Le equazioni di reazione
Per scrivere una equazione di reazione:
1.Si stabilisce quali sono reagenti e prodotti;
2.si scrivono le formule esatte dei reagenti e dei prodotti;
3.si bilancia la reazione ponendo davanti alle molecole gli opportuni
coefficienti stechiometrici fino al raggiungimento dell’uguaglianza degli
atomi in gioco.
1. Le equazioni di reazione
1. Le equazioni di reazione
Per bilanciare una reazione si seguono le seguenti
regole:
1.per primi si bilanciano gli atomi dei metalli e dei non
metalli;
2.si da la precedenza agli atomi che compaiono in una sola
molecola a destra e a sinistra dell’equazione
3.si bilanciano gli ioni poliatomici (es. SO42-) come fossero
un unico gruppo di atomi;
4.si bilanciano per ultimi gli atomi di idrogeno e di
ossigeno se presenti.
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1. Le equazioni di reazione: un esempio
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1. Le equazioni di reazione
Esercizi per fare pratica
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P4 + Cl2 → PCl3
RbOH + SO2 → Rb2SO3 + H2O
P4O10 + Ca(OH)2 → Ca3(PO4)2 + H2O
Na + O2 → Na2O
Mg3N2 + H2O → NH3 + Mg(OH)2
LiCl + Pb(NO3)2 → PbCl2 + LiNO3
H2O + KO2 → KOH + O2
H2SO4 + NH3 → (NH4)2SO4
Na + O2 → Na2O2
P4 +O2 → P4O10
Ca(HCO3)2 + Na2CO3 → CaCO3 + NaHCO3
NH3 +O2 → NO + H2O
Rb + H2O → RbOH + H2
Fe2O3 + CO → Fe + CO2
(NH4)2Cr2O7 → N2 + H2O + Cr2O3
Al + Cr2O3 → Al2O3 + Cr
2. I calcoli stechiometrici
La stechiometria è il ramo della chimica che si
occupa delle relazioni quantitative fra i reagenti e i
prodotti di una reazione.
I coefficienti stechiometrici indicano il rapporto
numerico che esiste sia fra le molecole dei composti
presenti in una reazione chimica, sia il loro numero di
moli.
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2. I calcoli stechiometrici
In una reazione chimica conoscendo la quantità di
una specie è possibile calcolare la quantità di
un’altra specie in gioco, seguendo i seguenti
passaggi:
1. si scrive la reazione bilanciata;
2. si determinano le masse molari delle specie
coinvolte;
3. si calcola il numero di moli della specie
richiesta, in base ai rapporti stechiometrici;
4. si calcola la massa della specie richiesta.
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3. Reagente limitante e reagente in eccesso
Quando in una reazione le quantità dei reagenti non
rispettano il rapporto stechiometrico, si è in presenza:
di un reagente limitante se in quantità inferiore a
quella imposta dalla reazione stechiometrica;
•
di un reagente in eccesso se in quantità superiore
rispetto alla quantità prevista dal rapporto
stechiometrico.
•
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3. Reagente limitante e reagente in eccesso
La quantità di prodotto che si forma dipende dalla
quantità di reagente limitante.
2Bd + Ch ⟶ Bd2Ch
+
→
10Bd + 7Ch ⟶ 5Bd2Ch + 2Ch
3. Reagente limitante e reagente in eccesso: esercizio
Idrogeno gassoso e Ossigeno gassoso reagiscono per produrre vapore acqueo.
La reazione bilanciata è:
H2(g) + O2(g) ⟶ H2O(g)
es. 10 moli di Idrogeno e 7 moli di Ossigeno reagiscono per produrre acqua.
Poiché 2 mol H2 reagiscono con 1 mol O2, il numero di moli di O2 che
reagiranno con 10 moli di H2 sarà
Mol O2 = 10 mol H2
(
1 mol O2
2 mol H2
)
= 5 mol O2
Dato che all’inizio della reazione c’erano 7 mol O2 disponibili, allora
7 mol O2 - 5 mol O2 = 2 mol O2 sono presenti al termine della reazione
quando tutto l’idrogeno si è consumato
In questo caso H2 è l’agente limitante la reazione mentre O2 è il reagente in
eccesso
3. Reagente limitante e reagente in eccesso: esercizio
Idrogeno gassoso e Ossigeno gassoso reagiscono per produrre vapore acqueo.
La reazione bilanciata è:
Possiamo anche scrivere la reazione nel modo seguente:
2H2(g)
Prima della
reazione
Reazione
Dopo la reazione
+
O2(g) ⟶ 2 H2O(g)
10 mol
7 mol
0 mol
-10 mol
-5 mol
+10 mol
0 mol
2 mol
10 mol
reagente in
eccesso
prodotto
reagente
limitante
4. La resa di reazione
La maggior parte delle reazioni chimiche non
procede fino a esaurimento ma si arresta una volta
che si è consumata una certa quantità di reagenti.
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4. La resa di reazione
La resa teorica di un prodotto è la massima quantità che
può essere ottenuta da una certa massa di reagente in base
alla stechiometria della reazione.
La resa percentuale di un prodotto è il rapporto
percentuale tra la quantità di prodotto effettivamente
ottenuta (resa effettiva) e quella massima ottenibile (resa
teorica):
RP = resa percentuale
RE = resa effettiva
RT = resa teorica
5. I vari tipi di reazione
Spesso è sufficiente conoscere la natura e la
formula dei reagenti per prevedere quali prodotti si
otterranno.
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6. Le reazioni di sintesi
Le reazioni di sintesi producono un solo composto a
partire da due o più reagenti e sono del tipo:
A + B →C
7. Le reazioni di decomposizione
Le reazioni di decomposizione si verificano quando
un solo reagente si decompone originando due o più
prodotti e sono del tipo:
AB → A + B
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8. Le reazioni di scambio o di spostamento
Le reazioni di scambio o spostamento si verificano
quando un elemento libero (più reattivo) va a sostituire
uno degli elementi presenti nel composto, e sono del
tipo:
A + BC → AC + B
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8. Le reazioni di scambio o di spostamento
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8. Le reazioni di scambio o di spostamento
Questo tipo di reazione implica una variazione del
numero di ossidazione e prende il nome di redox.
La tendenza a reagire cedendo elettroni
non è uguale per tutti gli elementi ed è
indicata dalla serie di reattività.
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serie di reattività di
alcuni elementi
La reattività di un elemento è data
dalla sua tendenza a cedere elettroni.
8. Le reazioni di scambio o di spostamento
Quando un metallo più reattivo ne sposta un altro da un
suo sale, gli atomi del metallo più reattivo si trasformano
in ioni positivi, mentre gli ioni positivi inizialmente in
soluzione diventano atomi neutri.
Il sodio reagisce violentemente con l’acqua e la
decompone liberando idrogeno gassoso
2Na(s) + 2H2O(l) → H2(g) + 2NaOH(aq)
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9. Le reazioni di doppio scambio
Nelle reazioni di doppio scambio i composti si
scambiano elementi in forma ionica, e sono del
tipo:
AB + CD → AD + CB
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9. Le reazioni di doppio scambio
9. Le reazioni di doppio scambio
Le reazioni di doppio scambio possono
portare anche alla formazione di
prodotti gassosi.
CaCO3(s) + HCl(aq) → CaCl2(aq) + H2O(l) + CO2(g)
Le reazioni di precipitazione sono delle
reazioni di doppio scambio che implicano la
formazione di un prodotto insolubile che
prende il nome di precipitato.
Reazione tra Nitrato di
Piombo e Ioduro di Sodio
9. Le reazioni di doppio scambio
Nelle reazioni di neutralizzazione tra una acido
e un idrossido si ha sempre la formazione di
molecole d’acqua e la produzione di un sale.
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