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Biologia 06 Reazioni chimiche

Una reazione chimica una trasformazione della materia che avviene senza variazioni misurabili di massa. Intervengono i reagenti, uno o pi specie chimiche che modificano la loro struttura e composizione originaria per generare altre specie chimiche (dette prodotti). Ci avviene attraverso la formazione o la rottura dei legami chimici intramolecolari, con conseguente riorganizzazione degli elettroni pi esterni di ciascun atomo. Ogni reazione possiede la corrispondente reazione inversa. Bilanciamento di una reazione chimica Il bilanciamento serve a fare in modo che il numero di atomi di un elemento sia uguale tra reagenti e i prodotti. Questo perch, secondo la legge di Lavoisier la somma delle masse dei reagenti che partecipano ad una reazione chimica deve essere uguale alla somma delle masse dei prodotti. Quindi, sapendo quali sono i reagenti e quali i prodotti, ma non conoscendone le quantit, bisogna procedere al bilanciamento, affinch il numero dei vari atomi siano li stessi sia a destra che a sinistra. A tale scopo bisogna inserire dei numeri chiamati coefficienti stechiometrici, che indicano il numero di molecole coinvolte nella reazione. Coefficienti stechiometrici

Lacqua (H2O) formata da due atomi di idrogeno e un atomo di ossigeno. Se alla formula dell'acqua facciamo precedere il coefficiente 2 (2 H2O), vuol dire che nella reazione sono coinvolte 2 molecole di acqua. In totale saranno quindi coinvolti 4 atomi di idrogeno e 2 atomi di ossigeno. Ca(OH)2 invece formato da 1 atomo di Ca, 2 atomi di O e 2 atomi di H. Se a tale formula facciamo precedere il coefficiente 3 3 (Ca(OH)2) vuol dire che in totale sono coinvolti 3 atomi di Ca, 6 di H e 6 di O. Non ci sono regole precise da seguire per bilanciare una reazione. Tuttavia, il pi delle volte consigliabile partire dai metalli e dai non metalli, solo raramente conviene partire bilanciando O e H. 1 esempio

Supponiamo di voler bilanciare la seguente reazione: H3PO4 + Ca(OH)2 Ca3(PO4)2 + H2O

Bilanciamo la reazione partendo da un metallo o da un non metallo. Bilanciamo il calcio: ci sono tre atomi di calcio a destra e uno a sinistra, ponendo il coefficiente 3 davanti a Ca(OH)2 si ottiene: H3PO4 + 3 Ca(OH)2 Ca3(PO4)2 + H2O

Bilanciamo P ponendo un 2 davanti a H3PO4: 2 H3PO4 + 3 Ca(OH)2 Ca3(PO4)2 + H2O

Bilanciamo H: in 2 H3PO4 abbiamo 6 atomi di H, in 3 Ca(OH)2 abbiamo 6 atomi di H, in totale tra i reagenti abbiamo 12 atomi di H. Tra i prodotti invece abbiamo 2 atomi di H. Poniamo quindi un 6 davanti a H2O ed otteniamo: 2 H3PO4 + 3 Ca(OH)2 Ca3(PO4)2 + 6 H2O

Rimane da bilanciare O ma ne abbiamo 18 sia a sinistra della freccia che a destra. E' gi bilanciato.

2 esempio

Prendiamo la reazione: BaCl2 + Fe2(SO4)3 BaSO4 + FeCl3

Bilanciamo S: Bisogna tenere conto che in Fe2(SO4)3 abbiamo 2 atomi di Fe, 3 di S , e 12 di O. A sinistra della reazione abbiamo 3 atomi di S a destra 1. Mettiamo un 3 (che un coefficiente stechiometrico) davanti a BaSO4 in modo da bilanciare gli atomi di S: BaCl2 + Fe2(SO4)3 3 BaSO4 + FeCl3

S ora stato bilanciato. Ora bilanciamo Cl in BaCl2 abbiamo solo 2 atomi di Cl in FeCl3 abbiamo 3 atomi di Cl, quindi per bilanciare Cl: 3 BaCl2 + Fe2(SO4)3 3 BaSO4 + 2 FeCl3

Rimane da bilanciare O: in Fe2(SO4)3 abbiamo 12 atomi di O, in 3 BaSO4 abbiamo 12 atomi di O, quindi gi bilanciato.

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Mole

Le reazioni chimiche non avvengono mai tra 1 o 2 molecole, ma in quantit notevolmente maggiori. Per questo, indispensabile introdurre ununit di misura che permetta di descrivere le quantit che reagiscono. La mole lunit di misura del numero di molecole o atomi contenute in una certa quantit di materia. Una mole di un certo elemento contiene sempre lo stesso numero di particelle, che equivale al numero di Avogadro, NA = 6,23*10

23. Una mole corrisponde al peso atomico di un elemento espresso in grammi anzich in dalton. Il peso atomico di un elemento si trova sulla tavola periodica. Ad esempio: lo zolfo (S) ha peso atomico di 31 dalton, quindi una mole di zolfo equivale a 31 grammi di zolfo (cio in quei 31 grammi di polvere giallastra ci sono esattamente 6,23*1023 atomi di zolfo). Se in una reazione trovo: 4S + 3O2 2S2O3, ovviamente non potr far reagire solo 4 atomi di zolfo con 3 molecole di ossigeno. Far quindi reagire 4 moli di zolfo (124 g) con 3 moli di ossigeno molecolare (96 g) e otterr 2 moli di ossido solforico (220 g).

Concentrazione e soluzioni La concentrazione di una soluzione un modo per indicare quanto soluto disciolto allinterno di quanto solvente. Spesso i reagenti che si usano per le reazioni sono in soluzione acquosa, quindi occorre saper leggere le concentrazioni per capire quanto reagente disciolto in una soluzione. Esistono vari modi per misurare la concentrazione di una soluzione. Le unit di misura pi comuni sono:

Percentuale v/v: (ml di solvente)/(ml di soluzione) * 100

Percentuale p/p: (g di solvente)/(g di soluzione) * 100

Percentuale p/v: (g di solvente)/(ml di soluzione) * 100

Molarit: (n di moli di solvente)/(l di soluzione) Tipologie di reazioni Reazioni di decomposizione (A B + C)

Le reazioni di decomposizione sono quelle reazioni nelle quali da un unico reagente si vengono a formare due o pi prodotti. Di solito uno dei prodotti finali fisso. Pu trattarsi di O2, H2O o CO2. Reazioni di sintesi (A + B C)

Le reazioni di sintesi sono quelle reazioni nelle quali da due o pi reagenti si viene a formare un unico prodotto. Appartengono a questa categoria le seguenti reazioni:

Non metallo + O2 ossido acido. Metallo + O2 ossido basico.

Non metallo + H2 idracido. Metallo + H2 idruro.

Non metallo + H2O Ossiacido. Metallo + H2O idrossido.

Reazioni di scambio semplice (A + BC AC + B)

Le reazioni di scambio o di spostamento sono quelle reazioni chimiche nelle quali un elemento libero (A) sostituisce e prende il posto di un elemento (B) presente nel composto (BC). Un esempio costituito dalle reazioni tipo: metallo + idracido Sale binario + H2. Reazioni di doppio scambio (AB + CD AC + BD)

Sono quelle reazioni chimiche nelle quali due composti (AB e CD) si scambiano una delle specie chimiche che li compongono. Reazioni di questo tipo sono ad esempio:

le reazioni in cui due sali si scambiano i radicali

le reazioni in cui un idrossido reagisce con un acido generando un sale e dellacqua

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Reazione redox

La reazione di ossidazione una reazione in cui una specie chimica, atomo o ione perde elettroni. Il suo numero di ossidazione aumenta. Esempio: Fe Fe2+ + 2 e-. La reazione di riduzione una reazione in cui una specie chimica, atomo o ione acquista elettroni. Il suo numero di ossidazione diminuisce. Esempio: 2H+ + 2e- H2. E' chiaro che se in una reazione chimica, un elemento si ossida perdendo elettroni, dovr esistere un altro elemento che, acquistando gli elettroni, si riduce. Pertanto le reazioni di ossidazione e di riduzione devono avvenire contemporaneamente. Si parla quindi di reazioni di ossidoriduzione o di reazioni redox. Si definisce inoltre ossidante la specie chimica che si riduce e che quindi determina l'ossidazione di un'altra specie. Si definisce riducente la specie chimica che si ossida e che quindi determina la riduzione di un'altra specie. Le reazioni redox possono portare alla formazione dei radicali, ovvero di molecole o atomi che hanno un

elettrone spaiato (indicato con . accanto allelemento, come ad es.: O2

. , detto anione superossido).

Alcuni di questi radicali, come i radicali dellossigeno (ROS) o i radicali dellazoto (RNS) vengono prodotti fisiologicamente nel nostro organismo, ma, se prodotti in larghe quantit, generano dei danni dovuti proprio alla loro avidit di elettroni. Un esempio di reazione redox che avviene allinterno del nostro organismo la reazione di Haber-Weiss,

una reazione che porta alla formazione del radicale ossidrilico (.OH), dannoso per le cellule.

Tale reazione lunione di due sottoreazioni:

1) Fe3+ + O2. Fe2+ + O2

2) Fe2+ + H2O2 Fe3+ +

.OH +

-OH1

Essenziale in questa reazione il ferro, che si riduce e si ossida determinando la formazione del radicale ossidrilico. una reazione che si autoalimenta (in quanto il Fe3+ della fase 2 diventa disponibile per unaltra fase 1).

1 Lo ione ossidrile (

-OH) ha due elettroni spaiati attorno allossigeno, mentre il radicale ossidrile (

.OH) ne ha solo uno.

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