6.4 Classificazione delle reazioni chimiche
Classificare le reazioni chimiche in categorie non è sempre semplice ed immediato. Spesso una reazione chimica può essere letta sotto diversi aspetti e può essere classificata in più di un gruppo.
Vediamo alcune importanti categorie di classificazione.
6.4.1 Sintesi
Sono reazioni che “costruiscono” molecole complesse a partire da molecole più semplici. Lo schema di una reazione di sintesi è: A + B ➞ AB
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Esempi |
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| REAGENTI | PRODOTTI | |
| Metallo + ossigeno | ossido basico | 2Cu + O2 ➞ 2CuO |
| Non metallo + ossigeno | ossido acido o anidride | C + O2 ➞ CO2 |
| Ossido basico + acqua | idrossido o base | CuO + H2O ➞ Cu(OH)2 |
| Ossido acido + acqua | ossiacido | CO2 + H2O ➞ H2CO3 |
| Metallo + idrogeno | idruro metallico | 2Li + H2 ➞ 2LiH |
| Alogeno + idrogeno | idracido | F2 + H2 ➞ 2HF |
| Metallo + non metallo | sale binario | 2K + F2 ➞ 2KF |
6.4.2 Decomposizione
Sono le reazioni contrarie alle reazioni di sintesi. Partendo da molecole più complesse se ne ottengono altre più semplici. Schematizzando: AB ➞ A + B
Un classico esempio è la decomposizione del bicarbonato di sodio in acqua:
2NaHCO3(s) ➞ Na2CO3(s) + CO2(g) + H2O(l)
Un altro esempio si ha quando il perossido di idrogeno (detto acqua ossigenata) H2O2 si decompone liberando ossigeno:
2H2O2(l) ➞ O2(g) + 2H2O(l)
6.4.3 Scambio o spostamento o reazione di sostituzione
Quando un elemento più “reattivo” A incontra un composto nel quale è presente un elemento meno “reattivo” B legato ad un altro elemento C, può accadere che A prende il posto di B all’interno del composto:
A + BC ➞ AC + B.
Ad esempio il magnesio è più reattivo del rame e perciò il magnesio sostituisce il rame presente nel solfato di rame presente in fase acquosa, cioè disciolto in acqua:
Mg(s)+CuSO4(aq) ➞ MgSO4(aq)+Cu(s)
Abbiamo utilizzato il termine “reattivo” per indicare una proprietà degli elementi. È un modo per valutare la facilità con cui un elemento chimico rispetto ad altri tende a formare un certo legame.
Esistono varie regole per confrontare le reattività di diversi elementi. Non devono essere conosciute al fine della soluzione dei quiz.
6.4.4 Doppio scambio
In queste reazioni due composti reagiscono scambiandosi elementi:
AB + CD ➞AD + BC
In questa categoria di reazioni possiamo trovare reazioni di doppio scambio con formazione di un precipitato quando un prodotto che si forma è un sale poco solubile che non rimane in soluzione.
Ad esempio il nitrato di piombo reagisce con lo ioduro di potassio per dare ioduro di piombo e nitrato di potassio:
Pb(NO3)2(aq) +2 KI (aq) ➞ PbI2(s) +2 KNO3(aq)
In questa reazione di doppio scambio si forma il sale PbI2 che è poco solubile e forma un “precipitato”. Il sale poco solubile che viene prodotto forma una specie di “nube” (nel caso di PbI2 è di colore giallo) che col tempo si deposita (precipita) sul fondo della soluzione.
6.4.5 Dissociazione
Quando un composto ionico, cioè composto da cationi (ioni positivi) ed anioni (ioni negativi) viene posto in presenza di acqua può verificarsi che l’acqua, grazie alla sua fortissima polarità, riesce a portare in soluzione gli ioni del composto. L’esempio più classico è la dissociazione del cloruro di sodio NaCl (detto sale da cucina):
NaCl(s) ➞ Na+(aq) + Cl–(aq)
Gli il catione Na+ e l’anione Cl– disciolti in acqua sono detti elettroliti (etimologia del termine: elettro=”elettricamente carico” + lisi=”scissione, taglio”).
6.4.6 Ionizzazione
In presenza di acqua anche alcuni composti covalenti reagiscono formando ioni positivi e negativi che non erano presenti nel composto covalente. Questo avviene grazie all’elevato potere solvatante dell’acqua.
Questa reazione avviene per gli acidi. Ad esempio per l’acido cloridrico avviene la reazione:
HCl ➞ H+ + Cl–
A volte questo tipo di reazione viene chiamato di dissociazione assimilando la reazione di ionizzazione a quella di dissociazione.
6.4.7 Combustione
La combustione è una reazione chimica che avviene tra una sostanza detta combustibile ed un comburente con emissione di energia termica. Le reazioni di combustione più classiche sono quelle che avvengono tra un idrocarburo e l’ossigeno O2 con produzione di anidride carbonica CO2 ed acqua H2O. Tra queste la reazione più semplice è quella tra il metano CH4 e l’ossigeno.
CH4 + O2 ➞ CO2 + 2H2O
(reazione da ricordare a memoria)
In generale in un quiz può essere proposta la combustione di un qualsiasi idrocarburo. Si procederà in tal caso con il bilanciamento iniziando dal carbonio ed a seguire con l’idrogeno e l’ossigeno.
Esempio: Combustione del butano
Si deve conoscere la formula del butano C4H10
Si prepara la reazione con reagenti e prodotti lasciando spazio per scrivere i corretti coefficienti stechiometrici:
C4H10 + O2 ➞ CO2 + H2O
Bilanciamento del carbonio: a sinistra tra i reagenti cono presenti quattro atomi di carbonio nel butano e di conseguenza avremo quattro molecole di CO2:
C4H10 + O2 ➞ 4 CO2 + H2O
Bilanciamento dell’idrogeno: si calcolano ora gli atomi di idrogeno presenti tra i reagenti e si individua così il numero di molecole di H2O, nel nostro caso abbiamo dieci atomi di idrogeno nel butano che ci fanno individuare cinque molecole di H2O:
C4H10 + O2 ➞ 4 CO2 + 5 H2O
Bilanciamento dell’ossigeno: per ultimo si bilancia l’ossigeno partendo da destra, dai prodotti. Abbiamo otto atomi di ossigeno nelle quattro molecole di CO2 e altri cinque atomi di ossigeno nelle cinque molecole di H2O, per un totale di tredici atomi di ossigeno (in 4 CO2 sono presenti 4 x 2=8 atomi; in 5 H2O sono presenti 5 x 1=5 atomi; in tutto 8+5=13 atomi).
Per ottenere altrettanti atomi di ossigeno tra i reagenti, poiché gli atomi di ossigeno sono presenti a due a due nelle molecole biatomiche di O2, ne dobbiamo prendere un numero di molecole non intero, cioè 13/2:
C4H10 + 13/2 O2 ➞ 4 CO2 + 5 H2O
Una reazione bilanciata con coefficienti stechiometrici frazionari risulta corretta e può essere utilizzata per effettuare i calcoli richiesti dai quiz. Altrimenti per motivi “di eleganza formale” può essere trasformata moltiplicando tutti i coefficienti stechiometrici presenti per due:
2 C4H10+2•13/2 O2➞ 2•4 CO2+2•5 H2O
2C4H10 + 13O2 ➞ 8CO2 + 10H2O
6.4.8 Neutralizzazione (acido-base)
Una reazione di neutralizzazione è una trasformazione che avviene quando un acido reagisce con una base.
L’esempio classico è la neutralizzazione tra idrossido di sodio ed acido cloridrico:
NaOH(aq) + HCl(aq) ➞ NaCl(aq) + H2O(l)
Che può anche essere scritta facendo riferimento alle specie ioniche dissociate:
Na++OH–+H++Cl–➞Na++Cl– +H20
Il termine “neutralizzazione” deriva dal fatto che la reazione tra H+ e OH– porta alla eliminazione di entrambi con formazione di una molecola d’acqua, reazione che porta alla creazione di una situazione di pH neutro.
Queste reazioni potrebbero essere viste anche come reazioni di doppio scambio. Infatti l’atomo di sodio Na che prima era legato all’ossidrile OH, poi si lega al cloro Cl; l’ossidrile OH invece si ritrova legato ad un atomo di idrogeno H che prima era legato al cloro Cl.
6.4.9 Ossidoriduzione
Una attenzione particolare meritano le reazioni di ossidoriduzione nelle quali gli elementi presenti nei reagenti cambiano il loro numero di ossidazione trasformandosi nei prodotti.
I quiz relativi alle ossidoriduzioni sono numerosi ed è opportuno conoscere bene l’argomento.
QUIZ su Classificazione delle reazioni chimiche |
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