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1 Reazioni chimiche Una reazioni chimica esprime il numero e il tipo di specie che si combinano ed il risultato della combinazione. Esempio: CH 4 + 2O 2 CO 2 + 2H 2 O La reazione chimica è formata da reagenti (a sinistra) e prodotti (a destra). I coefficienti stechiometrici indicano il rapporto in cui si legano determinate molecole. Nella fattispecie questa reazione si può leggere così: UNA molecola di metano reagisce con DUE molecole di ossigeno per formare UNA molecola di anidride carbonica e DUE molecole di acqua UNA mole di metano reagisce con DUE moli di ossigeno per formare UNA mole di anidride carbonica e DUE moli di acqua Nella reazione chimica possono anche comparire delle lettere a pedice di una determinata molecola. Tali lettere, contenute tra le parentesi tonde, indicano lo stato fisico nella reazione. Si possono trovare: s -> solido g -> aeriforme/gassoso l -> liquido aq -> acquoso, ovvero in soluzione Prendendo in considerazione la reazione precedente è possibile affermare, a partire dai coefficienti stechiometrici, che: DUE moli di metano reagiranno con QUATTRO moli di ossigeno per formare DUE moli di anidride carbonica e QUATTRO moli di acqua TRE moli di metano reagiranno con SEI moli di ossigeno per formare TRE moli di anidride carbonica e SEI moli di acqua I rapporti dei coefficienti stechiometrici sono costanti. num. molecole num. avogadro peso(g) peso atomico o molecolare peso(g) = num. moli peso atomico o molecolare peso atomico o molecolare = peso(g) num. moli

2 Alcuni esempi: Calcolare il numero di moli di Alluminio (Al) contenute in 50g di metallo. 1. Ricavo il peso atomico dell alluminio che è u.m.a. 2. Considero la formula: peso(g)/(peso atomico o molecolare) 3. 50g g = 1.85 moli mol 4. Il numero di atomi lo ricavo moltiplicando il numero di moli per il numero di Avogadro, quindi , = atomi di Al Calcolare il numero di molecole di CO 2 1. Ricavo il peso molecolare dell anidride carbonica che è u.m.a. 2. Calcoli il numero di moli a cui corrispondono le molecole utilizzando la seguente formula num. molecole num. avogadro = 72.7 moli Moltiplico il numero di moli per il peso molecolare 5. peso(g) = 72.7mol u. m. a. = 3199g = g Il numero di ossidazione è molto importante nella chimica perché serve per bilanciare alcuni tipi di reazione (le reazione di ossidoriduzione/redox) e anche perché indica il numero di legami in cui è coinvolto un determinato atomo. Il numero di ossidazione di un atomo è la carica apparente che l atomo avrebbe se fosse isolato. In un composto, la somma algebrica dei singoli numeri di ossidazioni degli atomi che partecipano al composto DEVE dare la carica del composto. Il numero di ossidazione segue alcune caratteristiche lungo i gruppi, per esempio gli elementi del primo gruppo della tavola periodica (H, Na, K, Fr, Li ) hanno numero di ossidazione pari ad +1. Ciò indica sostanzialmente due cose: Raggiungono la stabilità elettronica (ovvero l ottetto) cedendo un elettrone dell ultimo livello Formano molecole tramite un solo legame Un esempio può essere fatto con la molecola di ammoniaca Il numero di ossidazione dell idrogeno è +1, infatti l idrogeno tende a cedere un elettrone dell ultimo livello per raggiungere l ottetto (ovvero la stabilità). Il numero di ossidazione dell azoto, in questo composto, è -3 infatti acquista i tre elettroni ceduti dai tre atomi di idrogeno per raggiungere l ottetto. Riassumendo: L idrogeno forma un solo legame e, infatti, il suo numero di ossidazione è +1 (cede un elettrone) L azoto forma tre legami e, infatti, il suo numero di ossidazione è -3 (acquista tre elettroni) Come dimostrazione è possibile verificare se la somma algebrica dei numero d ossidazione dia la carica del

3 composto: N. O. (H) 3 + N. O. (N) 1 = 0; ( 3) 1 = 0; 3 3 = 0; 0 = 0 L equazione è verificata e ciò conferma la correttezza dei numeri di ossidazione. Esistono elementi che possiedono diversi numeri di ossidazione che variano a seconda dei composti in cui compaiono. Un esempio lo si può fare con l acido solforico e l acido solforoso Nell acido solforoso H 2 SO 3, lo zolfo (S) si lega a tre atomi di ossigeno (O) due dei quali si legano a due atomi di idrogeno, in questo modo tutti raggiungono l ottetto. L idrogeno cede un elettrone, quindi il suo numero d ossidazione è +1. L ossigeno acquista due elettroni (uno dallo zolfo ed uno dall idrogeno oppure tutti e due dallo zolfo) e quindi il suo numero d ossidazione è -2 Lo zolfo cede quattro elettroni e quindi il suo numero di ossidazione è +4 Va ricordato che ossigeno e zolfo appartengono allo stesso gruppo, però l ossigeno è più elettronegativo dello zolfo e quindi attrae a sé gli elettroni di legame. La dimostrazione della correttezza dei numeri d ossidazione verificando che la somma algebrica di quest ultimi dia la carica del composto: N. O. (O) 3 + N. O. (S) 1 + N. O. (H) 2 = 0; ( 2) = 0; = 0; 0 = 0 L equazione è corretta, ovvero la somma algebrica dei numeri d ossidazione da la carica del composto.

4 Nell acido solforico H 2 SO 4, lo zolfo (S) si lega a quattro atomi di ossigeno (O) due dei quali si legano a due atomi di idrogeno, in questo modo tutti raggiungono l ottetto. L idrogeno cede un elettrone, quindi il suo numero d ossidazione è +1. L ossigeno acquista due elettroni (uno dallo zolfo ed uno dall idrogeno oppure tutti e due dallo zolfo) e quindi il suo numero d ossidazione è -2 Lo zolfo cede sei elettroni e quindi il suo numero di ossidazione è +6 Va ricordato che ossigeno e zolfo appartengono allo stesso gruppo, però l ossigeno è più elettronegativo dello zolfo e quindi attrae a sé gli elettroni di legame. La dimostrazione della correttezza dei numeri d ossidazione verificando che la somma algebrica di quest ultimi dia la carica del composto: N. O. (O) 4 + N. O. (S) 1 + N. O. (H) 2 = 0; ( 2) = 0; = 0; 0 = 0 L equazione è corretta, ovvero la somma algebrica dei numeri d ossidazione da la carica del composto. In questi due composti lo zolfo ha numeri di ossidazioni diversi, proprio come tanti altri atomi in altrettanti composti. E possibile ricavare i numeri di ossidazioni ignoti di un elemento in un determinato composto a partire dalla sua carica e dai numeri di ossidazione noti.

5 H 2 SO x + ( 2) 4 = 0; 2 + x 8 = 0; x = 6 il numero d ossidazione dello zolfo nell acido solforico è +6. MnO 2 4 x + ( 2) 4 = 2; x 8 = 2; x = 6 il numero d ossidazione del manganese è +6. Il bilanciamento di una reazione chimica è un processo molto importante che evidenzia i rapporti in cui reagiscono determinate sostanze ed evidenzia il numero di moli o molecole prodotte durante la reazione. I bilanciamenti possono riguardare le reazione di NON ossidoriduzione e si bilancia solamente la massa, ricordando la legge di Lavoiser e quindi facendo comparire la stessa quantità di un determinato atomo sia nei reagenti che nei prodotti. Poi vi sono i bilanciamenti delle reazione di ossidoriduzione, esse sono più complesse in quanto avvengono passaggi di elettroni tra specie chimiche e quindi vi è la necessità di bilanciare la massa e il numero di elettroni che vengono trasferiti. Bilanciamento delle reazione chimiche generiche (non redox) Bilancio la reazione ricordando la legge di Lavoiser: nulla si crea, nulla si distrugge, ma tutto si trasforma. Quindi se nei prodotti ho un atomo di X allora anche nei reagenti devo avere un atomo di X. Se nei prodotti ho due atomi di Y allora anche nei reagenti devo avere due atomi di Y e viceversa. Data la seguente reazione chimica: NaCl + CaCO 3 Na 2 CO 3 + CaCl 2 Essa rappresenta una reazione chimica di NON ossidoriduzione e si bilancia ricordando che bisogna avere la stessa quantità di atomi di una specie chimica sia nei prodotti che nei reagenti. Nella reazione chimica presa in considerazione abbiamo che sodio (Na) e cloro (Cl) non sono bilanciate: ho un atomo di cloro ed uno di sodio nei reagenti e due atomi di cloro e due di sodio nei prodotti. Per bilanciare basta inserire un coefficiente stechiometrico davanti al cloruro di sodio (NaCl), ovvero il composto che contiene sia cloro che sodio. 2NaCl + CaCO 3 Na 2 CO 3 + CaCl 2

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