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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

Capitolo 15 Le reazioni chimiche



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.



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).


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.



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.


1. Le equazioni di reazione: un esempio


Esercizi per fare pratica

1. P4 + Cl2 → PCl32. RbOH + SO2 → Rb2SO3 + H2O3. P4O10 + Ca(OH)2 → Ca3(PO4)2 + H2O4. Na + O2 → Na2O5. Mg3N2 + H2O → NH3 + Mg(OH)2 6. LiCl + Pb(NO3)2 → PbCl2 + LiNO3 7. H2O + KO2 → KOH + O2

8. H2SO4 + NH3 → (NH4)2SO4

9. Na + O2 → Na2O2

10. P4 +O2 → P4O10

11. Ca(HCO3)2 + Na2CO3 → CaCO3 + NaHCO3 12. NH3 +O2 → NO + H2O13. Rb + H2O → RbOH + H2 14. Fe2O3 + CO → Fe + CO2

15. (NH4)2Cr2O7 → N2 + H2O + Cr2O3 16. Al + Cr2O3 → Al2O3 + Cr



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.



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.



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.


La quantità di prodotto che si forma dipende dalla quantità di reagente limitante.

10Bd + 7Ch ⟶ 5Bd2Ch + 2Ch

+ →

2Bd + Ch ⟶ Bd2Ch

Idrogeno gassoso e Ossigeno gassoso reagiscono per produrre vapore acqueo. La reazione bilanciata è:

H2(g) + O2(g) ⟶ H2O(g)

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

1 mol O2

2 mol H210 mol H2 = 5 mol O2( )Mol O2 =

3. Reagente limitante e reagente in eccesso: esercizio

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

2H2(g) + O2(g) ⟶ 2 H2O(g)

Prima della reazione

10 mol 7 mol 0 mol

Reazione -10 mol -5 mol +10 mol

Dopo la reazione 0 mol 2 mol 10 mol reagente limitante

reagente in eccesso prodotto

Idrogeno gassoso e Ossigeno gassoso reagiscono per produrre vapore acqueo. La reazione bilanciata è:

Possiamo anche scrivere la reazione nel modo seguente:

3. Reagente limitante e reagente in eccesso: esercizio



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.


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.

Le reazioni di sintesi producono un solo composto a partire da due o più reagenti e sono del tipo:

A + B → C

6. Le reazioni di sintesi


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



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



Questo tipo di reazione implica una variazione del numero di ossidazione e prende il nome di redox.

La reattività di un elemento è data dalla sua tendenza a cedere elettroni.

La tendenza a reagire cedendo elettroni non è uguale per tutti gli elementi ed è indicata dalla serie di reattività.

serie

di r

eatt

ività

di

alcu

ni e

lem

enti



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)



Nelle reazioni di doppio scambio i composti si scambiano elementi in forma ionica, e sono del tipo:

AB + CD → AD + CB


Le reazioni di precipitazione sono delle reazioni di doppio scambio che implicano la formazione di un prodotto insolubile che prende il nome di precipitato.

Le reazioni di doppio scambio possono portare anche alla formazione di prodotti gassosi. CaCO3(s) + HCl(aq) → CaCl2(aq) + H2O(l) + CO2(g)

Reazione tra Nitrato di Piombo e Ioduro di Sodio



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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