Reazioni: descrizione

In questo appunto si tratterà delle reazioni chimiche, introducendo i concetti e definizioni fondamentali, ed infene trattando anche le metodologie di bilanciamento delle reazioni.

Le reazioni chimiche

Una reazione chimica avviene quando due o più sostanze (reagenti) interagiscono tra loro formando sostanze diverse da quelle di partenza (prodotti).
Una reazione avviene quando si rompono i legami delle molecole dei reagenti e si formano nuovi legami tra le molecole dei prodotti, la collisione tra le molecole è la condizione necessaria per far avvenire una reazione.

Esistono reazioni spontanee, ovvero reazioni che avvengono senza un intervento esterno.
Ad esempio, un atomo di fluoro reagisce con un altro atomo di fluoro formando una molecola stabile di F2. La reazione avviene in quanto il fluoro, avendo sette elettroni sul livello più esterno, possiede un’elevata energia per la sua spiccata tendenza a raggiungere la stabilità secondo la regola dell’ottetto, questa reazione può essere paragonata alla discesa di una pallina lungo un piano inclinato, in questo caso la pallina (reagente), non incontrando ostacoli, spontaneamente tende ad occupare un livello energetico più basso (prodotti).
Se i reagenti sono già stabili è difficile che avvenga una reazione, pertanto c’è bisogno di un intervento esterno. Questa situazione può essere paragonata a una pallina che scivola lungo un piano inclinato ma che durante il suo percorso incontra un dosso: la pallina tenderà a posizionarsi e a fermarsi nel dosso e quindi a raggiungere un equilibrio, persisterà in questo stato fino a quando non verrà posta sulla sommità del dosso e quindi sarà libera di proseguire il suo percorso verso un livello energetico più basso.
Pertanto, affinché avvenga una reazione tra reagenti stabili, è necessario intervenire dall’esterno somministrando energia, che viene chiamata energia di attivazione.
Una reazione chimica è omogenea quando i reagenti sono tutti nello stesso stato fisico, ad esempio le reazioni che avvengono in soluzione. Le particelle di soluto sono libere di muoversi in soluzione e può capitare che si scontrino tra loro dando luogo a reazioni.
Sono eterogenee quelle reazioni chimiche i cui componenti sono presenti in diversi stati di aggregazione.
Un modo semplice per rappresentare una reazione chimica è con l’uso di una freccia.

Reagenti e Prodotti

Inoltre volendo riassumere la reazione si possono utilizzare i simboli degli elementi che in esse sono coinvolti, ad esempio:

Idrogeno + Ossigeno

Sostituendo con i simboli degli elementi otterremo:

(non bilanciata)

La reazione scritta ci dà solo delle informazioni di tipo qualitativo, volendo dare anche delle informazioni di tipo quantitativo dobbiamo tenere presente la legge di conservazione di massa che recita:

"la somma delle masse dei reagenti è uguale alla somma delle masse dei prodotti, gli atomi non si creano e non si distruggono, cambiano solo i legami tra di essi. "

Quindi dobbiamo bilanciare la reazione, far comparire lo stesso numero di atomi a sinistra e a destra della freccia. Un’equazione bilanciata prende il nome di equazione chimica.

La velocità di una reazione e i fattori che la influenzano

Esistono vari fattori che influenzano la velocità di una reazione come la natura e la concentrazione dei reagenti, la temperatura e i catalizzatori, infatti alcune reazioni avvengono velocemente altre impiegano anni per giungere alla fine. Per quanto riguarda la natura dei reagenti, una reazione avviene più velocemente se i legami dei reagenti sono deboli e quindi possono essere facilmente rotti.
La velocità della reazione dipende anche dalla natura fisica dei reagenti, ovvero dallo stato di aggregazione in cui si trovano, in quanto una reazione avviene solo se le particelle dei reagenti si urtano.
Infatti se mescoliamo bicarbonato di sodio in polvere con acido tartarico, sempre in polvere, nel breve tempo non avviene nessuna reazione, se invece versiamo questi reagenti in acqua, la velocità di reazione aumenta in quanto le particelle sono libere di disperdersi e hanno maggiore probabilità di urtarsi.
La concentrazione dei reagenti influenza la velocità di reazione, maggiore è la concentrazione dei reagenti più velocemente avviene una reazione, questo perché maggiore sarà la probabilità che le particelle dei reagenti si incontrino e si urtino dando luogo alla reazione. Pertanto la velocità di reazione sarà espressa da questa relazione:

dove k rappresenta la costante della velocità, [A] rappresenta la concentrazione del reagente A e B rappresenta la concentrazione del reagente B.
La temperatura elevata aumenta la velocità di reazione in quanto aumenta l’agitazione delle particelle e di conseguenza la probabilità che esse si urtino per formare i prodotti.
Infine il catalizzatore rappresenta una sostanza che non entra a far parte della reazione ma ne accelera la velocità in quanto abbassa l’energia di attivazione, ovvero l’ostacolo che una reazione deve superare affinché possa avvenire. I catalizzatori possono anche essere negativi ovvero possono ritardare la reazione, in questo caso vengono detti inibitori.

La reazione chimica è un’equazione chimica

Per trovare un’equazione chimica bisogna stabilire i reagenti e prodotti e le loro formule esatte, bilanciare la reazione ponendo davanti degli opportuni coefficienti stechiometrici.
Prima si bilanciano metalli e non metalli, poi gli ioni poliatomici poi gli atomi di idrogeno e ossigeno.
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.
In una reazione chimica, conoscendo la quantità di un specie posso calcolare la quantità di un’altra specie:

• Si scrive la reazione bilanciata
• Ai determinano le masse molari delle specie coinvolte
• Si calcola il numero di moli
• i calcolano le masse.
• Quando c’è una reazione chimica può essere che un reagente termina e la reazione non va a termine (reagente limitante). Capita anche che ne ho troppo (reagente in eccesso).

Se ho

Noto che il coefficiente dell’idrogeno corrisponde, mentre quello dell’ossigeno no. Questo perché ce n’è uno che non va a termine (uno limitante e uno in eccesso).
Quando la reazione è incompleta è quando la reazione non rende. Si parla di RESA.
Essa può essere percentuale (rapporto tra quella che ottengo e quella che pensavo di ottenere). Quella che ottengo è effettiva, quella che pensavo di ottenere è teorica.

La reazione di sintesi è del tipo:

Bilanciamento di una reazione chimica

Torniamo all’equazione scritta precedentemente:

Per bilanciare l’equazione bisogna scrivere opportuni coefficienti davanti ai simboli delle formule, questi prendono il nome di coefficienti stechiometrici:

(Bilanciata)

A questo punto abbiamo 4 atomi di H, e 2 atomi di O ad entrambi i lati della freccia. Si può introdurre anche lo stato fisico delle sostanze, esso viene indicato dalle abbreviazioni: (s) solido, (g) gassoso, (l) liquido.