Lezione 7. Riconoscere i principali tipi di reazioni chimiche in soluzione. Predire i prodotti delle reazioni

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1 Laboratorio di Chimica Generale ed Inorganica Lezione 7 Riconoscere i principali tipi di reazioni chimiche in soluzione Predire i prodotti delle reazioni Dott.ssa Lorenza Marvelli Dipartimento di Scienze Chimiche e Farmaceutiche Laboratorio di Chimica Generale ed Inorganica UniFe AA

2 Composto in acqua Soluto in soluzione acquosa Composto ionico Composto molecolare acidi basi forti acidi basi deboli Elettroliti forti ioni Elettroliti deboli molecole e ioni Non elettroliti molecole

3 conduttori di seconda classe o conduttori ionici: il trasporto di carica è legato al moto degli ioni. conduttori di prima specie : il passaggio di corrente elettrica è dovuto al libero movimento degli elettroni

4 Elettroliti forti ioni Elettroliti deboli molecole e ioni Non elettroliti molecole Acidi forti HX (aq) H + (aq) + X - (aq) Basi forti B(OH) n (aq) B n+ (aq)+ noh - (aq) Sali solubili NaCl (aq) Na + (aq) + Cl - (aq) Acidi, basi deboli HAc (aq) H + (aq) + Ac - (aq) Sali poco solubili alogeni, N 2(g), O 2(g), H 2(g), acqua, metanolo, glucosio, sostanze organiche, Si scrivono in forma ionica molecolare molecolare Acidi forti HCl HBr HI HClO 4 HNO 3 H 2 SO 4 Basi forti LiOH NaOH KOH Ca(OH) 2 Ba(OH) 2 Un po alla volta li imparerete TUTTI!!!

5 Sali solubili e Sali poco solubili in acqua Regole empiriche di solubilità

6 Sali solubili e Sali poco solubili in acqua Regole empiriche di solubilità

7 E possibile prevedere i prodotti di una reazione? Reazioni di metatesi o doppio scambio nessun elemento cambia il proprio N.O prodotto insolubile in H 2 O reazioni di precipitazione molecola stabile (= elettrolita debole o non elettrolita) reazioni acido-base, si forma H 2 O si forma un gas: se in una reazione si forma H 2 CO 3 si decompone in CO 2(g) + H 2 O H 2 SO 3 si decompone in SO 2(g) + H 2 O H 2 S (g) Se vengono prodotti NH 4+ e OH - essi danno origine ad NH 3(g) + H 2 O Reazioni redox alcuni elementi cambiano il proprio N.O. ossidazione = perdita di e -, N.O. Fe 2+ Fe e - riduzione = acquisto di e -, N.O. Fe e - Fe 2+ Utilizzo dei potenziali di redox

8 Prevedere i prodotti di una reazione nitrato di argento viene aggiunto a cloruro di potassio, cosa si ottiene? prodotto insolubile in acqua molecola stabile si forma un gas AgNO 3 + KCl AgCl + KNO 3 Formula molecolare AgNO 3 (aq)+ KCl(aq) AgCl (S) + KNO 3 (aq) Formula ionica Ag + (aq) + NO 3 - (aq) + K + (aq) + Cl - (aq) AgCl (S) + K + (aq) + NO 3 - (aq) NO 3 - (aq) K + (aq) = ioni spettatori Equaz. ionica netta Ag + (aq) + Cl - (aq) AgCI (S)

9 Equazione ionica netta Equaz. ionica netta Ag + (aq) + Cl - (aq) AgCI (S) per ottenere un precipitato di AgCI (S) posso usare qualsiasi sale solubile in acqua che contenga ioni Ag + (aq) e ioni Cl- (aq)

10 Prevedere i prodotti di una reazione prodotto insolubile in acqua molecola stabile si forma un gas NaNO 3 + K 2 CrO 4 Na 2 CrO 4 + KNO 3 2NaNO 3 + K 2 CrO 4 Na 2 CrO 4 + 2KNO 3 e in acqua cosa abbiamo realmente? 2Na + (aq) + 2NO 3 - (aq) + 2K + (aq) + CrO 4 2- (aq) 2Na + (aq) + CrO 4 2- (aq) + 2K + (aq) + 2NO 3 - (aq) Equaz. ionica netta?

11 Prevedere i prodotti di una reazione prodotto insolubile in acqua molecola stabile si forma un gas Pb(NO 3 ) 2 + K 2 CrO 4 PbCrO 4 + 2KNO 3 e in acqua cosa abbiamo realmente? Questi sali sono solubili/insolubili? Pb(NO 3 ) 2 (aq) + K 2 CrO 4 (aq) PbCrO 4 (s) + 2KNO 3(aq) Pb 2+ (aq)+ CrO 4 2- (aq) PbCrO 4 (s)

12 Prevedere i prodotti di una reazione prodotto insolubile in acqua molecola stabile si forma un gas Pb(NO 3 ) 2 + (NH 4 ) 2 S PbS + 2NH 4 NO 3 Pb(NO 3 ) 2(aq) + (NH 4 ) 2 S (aq) PbS (s) + 2NH 4 NO 3 (aq) Pb 2+ (aq)+ S 2- (aq) PbS (s)

13 Prevedere i prodotti di una reazione prodotto insolubile in acqua molecola stabile si forma un gas FeCl 3 + 3NaOH FeCl 3 (aq) + 3NaOH (aq) Fe(OH) 3 + 3NaCl Fe(OH) 3 (s) + 3NaCl (aq) Fe 3+ (aq)+ OH - (aq) Fe(OH) 3 (s)

14 Prevedere i prodotti di una reazione prodotto insolubile in acqua molecola stabile si forma un gas AgNO 3 + K 2 CrO 4 Ag 2 CrO 4 + KNO 3 AgNO 3 (aq) + K 2 CrO 4 (aq) Ag 2 CrO 4 (s) + KNO 3 (aq) Ag + (aq)+ CrO 4 2- (aq) AgCrO 4 (s)

15 Solubile o insolubile? Perché è così importante?

16 Solubile o insolubile? Perché è così importante? Reazioni di sintesi

17 Solubile o insolubile? Perché è così importante? Determinazione di un analita mediante metodi gravimetrici Esempio: determinazione dello ione solfato contenuto in un campione Reazione: SO 4 2- (aq) + Ba 2+ (aq) BaSO 4 (s) BaSO 4 (s) SO 4 2- (aq) BaCl 2 BaSO 4 (s) g di BaSO 4 (s) SO 4 2- (aq) + Ba 2+ (aq) BaSO 4 (s) g moli moli g

18 Prevedere i prodotti di una reazione prodotto insolubile in acqua molecola stabile si forma un gas Formula molecolare NaOH (aq) + HCl (aq) NaCl (aq) + H 2 O (l) Formula ionica Na + (aq)+ OH - (aq) + H + (aq) + Cl - (aq) Na + (aq)+ Cl - (aq)+ H 2 O ( l) Na + (aq) e Cl - (aq) ioni spettatori Equazione ionica netta OH - (aq) + H + (aq) H 2 O(l) NaOH (aq) + HCl (aq) NaCl (aq) + H 2 O (l) KOH (aq) + HCl (aq) KCl (aq) + H 2 O (l) LiOH (aq) + HAc (aq) LiAc (aq) + H 2 O (l) NaOH (aq) + H 2 SO 4(aq)... Na 2 SO 4(aq) + H 2 O (l)

19 Prevedere i prodotti di una reazione prodotto insolubile in acqua molecola stabile si forma un gas FeS + 2HCl FeS + H 2 SO 4 FeCl 2 + H 2 S FeSO 4 + H 2 S CaCO 3 + 2HCl CaCl 2 + CO 2 + H 2 O Na 2 SO 3 + 2HCl 2NaCl + SO 2 + H 2 O NH 4 Cl + KOH KCl + NH 3 + H 2 O

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21 E possibile prevedere i prodotti di una reazione? Reazioni di metatesi o doppio scambio nessun elemento cambia il proprio N.O Reazioni redox alcuni elementi cambiano il proprio N.O. prodotto insolubile in H 2 O: reazioni di precipitazione molecola stabile (elettrolita debole o non elettrolita) es. nelle reazioni acido-base si forma H 2 O si forma un gas: es. CO 3- /HCO 3- + H + CO 2 SO 3- /HSO H + SO 2 ossidazione = perdita di e -, N.O. Fe 2+ Fe e - riduzione = acquisto di e -, N.O. Fe e - Fe 2+ potenziali di ox-red 2SO 2 (g) + O 2 (g) 2SO 3 (g) Zn (s) + 2HCl (aq) ZnCl 2 (aq) + H 2 (g)

22 Potenziali standard di riduzione (E ) Si riducono meno facilmente (si ossidano più facilmente) F + 2e - 2F - 2,87 Si riducono (acquistano e - ) più facilmente

23 TP e proprietà periodiche ossidazione = perdita di e -, N.O. riduzione = acquisto di e -, N.O. M M n+ + ne - X + ne - X n- Elettronegatività misura la tendenza di un atomo ad attirare verso sé gli elettroni di un legame chimico E. di ionizzazione X (g) + E X + (g) + e - (kj mol -1 ) rappresenta l energia minima necessaria per allontanare da un atomo neutro e isolato un elettrone portandolo all infinito, ad una distanza tale che non vi sia più attrazione elettrostatica tra l elettrone e il nucleo

24 E possibile prevedere i prodotti di una reazione? Zn (s) + CuSO 4(aq)? Sperimentalmente: 1. È una reazione di ossido riduzione 2. Ci sarà un riducente e un ossidante 3. Chi ha il potenziale di riduzione maggiore? La specie chimica con potenziale di riduzione maggiore si ridurrà! 4. L altra specie si ossiderà e la semireazione avverrà nel verso opposto! Cu 2+ (aq) + Zn (s Cu (s) + Zn 2+ (aq) Zn (s) + CuSO 4(aq) ZnSO 4 (aq) + Cu (s)

25 E possibile prevedere i prodotti di una reazione? Zn (s) + CuSO 4(aq)? Sperimentalmente: Zn (s) + CuSO 4(aq) ZnSO 4 (aq) + Cu (s) Attenzione: per prevedere il «reale risultato» di un reazione redox dobbiamo conoscere, oltre ai valori dei potenziali di ossidoriduzione, le concentrazione delle soluzioni eq.di Nernst

26 E possibile prevedere i prodotti di una reazione? Zn (s) + CuSO 4(aq) ZnSO 4 (aq) + Cu (s) Zn CuSO Zn (s) + Cu 2+ (aq) Zn 2+ (aq) + Cu (s) -2e - +2e - Zn: cede e - Cu: acquista e - si ossida si riduce N.O. N.O. agente riducente agente ossidante

27 Bilanciamento di una redox: regole fondamentali Bilanciamento degli elettroni (tanti elettroni persi, altrettanti acquistati) Bilanciamento delle cariche elettriche (aggiungendo H + o OH - a seconda che la reazione avvenga in ambiente acido oppure basico) Bilanciamento massa (gli atomi di H e O si bilanciano aggiungendo molecole di H 2 O dove occorre) a) metodo diretto Zn (s) + Cu 2+ (aq) Zn 2+ (aq) + Cu (s) -2e - +2e - b) metodo delle semi-reazioni Esempio: MnO Fe 2+ Mn 2+ + Fe 3+ in ambiente acido Scrittura semi-reazioni Bilanciamento delle cariche Bilanciamento della massa Bilanciamento degli elettroni Equazione bilanciata Fe 2+ Fe e - MnO e - Mn 2+ (Fe 2+ Fe e - ) x 5 (MnO e - + 8H + Mn H 2 O) x 1 5Fe 2+ + MnO e - + 8H + 5Fe e - + Mn H 2 O

28 Reazioni redox La vita dipende dalle reazioni redox. I processi energetici cellulari della fotosintesi e della respirazione avvengono mediante serie di reazioni di ossido-riduzione che coinvolgono carbonio e ossigeno. Il processo fotosintetico, che avviene nei cloroplasti delle cellule vegetali può essere riassunto dalla seguente equazione chimica: 6CO 2 + 6H 2 O + Energia solare C 6 H 12 O 6 + 6O 2 La respirazione cellulare che avviene nei mitocondri delle cellule eucarioti è sintetizzata dalla seguente espressione chimica: C 6 H 12 O 6 + 6O 2 6CO 2 + 6H 2 O + Energia (ATP)

29 Ossidazioni benzina Reazioni redox + ossigeno biossido di carbonio e acqua + energia carboidrati + O 2 CO 2 + H 2 O + energia grassi + O 2 proteine + O 2 CO 2 + H 2 O + energia CO 2 + H 2 O + urea + energia Metano + ossigeno = diossido di carbonio e acqua CH 4 + 2O 2 CO 2 + 2H 2 O S + O 2 (g) SO 2 (g) 2 SO 2 (g) + O 2 (g) 2 SO 3 (g)

30 Effetti antisettici: molte sostanze antisettiche, essendo degli ossidanti, hanno la proprietà di uccidere microorganismi. formula nome Uso Cl 2 Cloro ossida sostanze organiche e batteri, viene utilizzato nel trattamento di potabilizzazione dell acqua, Ca(ClO) 2 Ipoclorito di calcio Disinfezione di abiti e biancheria ospedaliera. CH 2 O e SO 2 Reazioni redox Formaldeide Biossido di zolfo Disinfezione di stanze in cui hanno soggiornato pazienti affetti da malattie contagiose Alcuni disinfettanti formula nome Uso H 2 O 2 3% Perossido di idrogeno Piccoli tagli e scorticature KMnO 4 Permanganato di potassio Infezioni dell uretra e della vescica KClO 3 Clorato di potassio Infiammazioni della gola I 2 in H 2 O Soluzione di Lugol Piccoli tagli NaClO Ipoclorito di sodio(soluzione di Dakin) ferite

31 Reazioni redox Dosaggio dell alcool nell aria espirata - Etilometro chimico Principio chimico: ossidazione di alcoli ad acidi carbossilici C 2 H 5 OH + 2K 2 Cr 2 O 7 + 8H 2 SO 4 3CH 3 COOH + 2Cr 2 (SO 4 ) K 2 SO H 2 O

32 Processi di corrosione processo di degradazione e ricomposizione con altri elementi a cui sono soggetti i metalli. M M n+ + ne - Reazioni redox Es. Fe Fe 2 O 3 ruggine composizione ruggine Fe 2 O 3 (oltre il 30-40%, anche fino al 97%) Fe(OH) 3, FeO(OH), Fe 3 O 4, FeO, Fe(OH) 2 Fe 3+ e Fe 2+ ionici e tracce di altri metalli e derivati Processi metallurgici riguardano essenzialmente lo studio dei metalli, del loro comportamento e dei procedimenti tecnici relativi al loro ottenimento e lavorazione. M n+ + ne - M Es. Industrialmente, il ferro è estratto dai suoi minerali, principalmente l'ematite (Fe 2 O 3 ) e la magnetite (Fe 3 O 4 ), per riduzione con carbonio in una fornace a temperature di circa 2000 C. 2 C + O 2 2 CO 3 CO + Fe 2 O 3 2 Fe + 3 CO 2

33 Riassumendo: Prevedere i prodotti di una reazione in acqua Reazioni di metatesi o doppio scambio nessun elemento cambia il proprio N.O prodotto insolubile in H 2 O reazioni di precipitazione molecola stabile (= elettrolita debole o non elettrolita) reazioni acido-base, si forma H 2 O si forma un gas: se in una reazione si forma H 2 CO 3 si decompone in CO 2(g) + H 2 O H 2 SO 3 si decompone in SO 2(g) + H 2 O H 2 S (g) Se vengono prodotti NH 4+ e OH - essi danno origine ad NH 3(g) + H 2 O Reazioni redox alcuni elementi cambiano il proprio N.O. ossidazione = perdita di e -, N.O. Fe 2+ Fe e - riduzione = acquisto di e -, N.O. Fe e - Fe 2+ Utilizzo dei potenziali di redox