Capitolo 15 Le reazioni chimiche

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1 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

2 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.

3 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).

4 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.

5 1. Le equazioni di reazione

6 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. SO4 2- ) come fossero un unico gruppo di atomi; 4.si bilanciano per ultimi gli atomi di idrogeno e di ossigeno se presenti.

7 1. Le equazioni di reazione: un esempio

8 1. Le equazioni di reazione Esercizi per fare pratica 1. P4 + Cl2 PCl3 2. RbOH + SO2 Rb2SO3 + H2O 3. P4O10 + Ca(OH)2 Ca3(PO4)2 + H2O 4. Na + O2 Na2O 5. 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 P4O Ca(HCO3)2 + Na2CO3 CaCO3 + NaHCO3 12. NH3 +O2 NO + H2O 13. Rb + H2O RbOH + H2 14. Fe2O3 + CO Fe + CO2 15. (NH4)2Cr2O7 N2 + H2O + Cr2O3 16. Al + Cr2O3 Al2O3 + Cr

9 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.

10 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.

11 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.

12 3. Reagente limitante e reagente in eccesso La quantità di prodotto che si forma dipende dalla quantità di reagente limitante. 2Bd + Ch Bd 2 Ch + 10Bd + 7Ch 5Bd 2 Ch + 2Ch

13 3. Reagente limitante e reagente in eccesso: esercizio Idrogeno gassoso e Ossigeno gassoso reagiscono per produrre vapore acqueo. La reazione bilanciata è: H 2(g) + O 2(g) H 2 O (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 O 2 = ( ) 1 mol O 10 mol H 2 2 = 5 mol O 2 2 mol H 2 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 H 2 è l agente limitante la reazione mentre O 2 è il reagente in eccesso

14 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: Prima della reazione 2H 2(g) + O 2(g) 2 H 2 O (g) 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

15 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.

16 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): R P = resa percentuale R E = resa effettiva R T = resa teorica

17 5. I vari tipi di reazione Spesso è sufficiente conoscere la natura e la formula dei reagenti per prevedere quali prodotti si otterranno.

18 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

19 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

20 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

21 8. Le reazioni di scambio o di spostamento

22 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 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 reattività di alcuni elementi

23 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)

24 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

25 9. Le reazioni di doppio scambio

26 Reazione tra Nitrato di Piombo e Ioduro di Sodio 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.

27 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.