Trasformazioni fisiche e chimiche

Trasformazione fisica: fusione di un metalloLe particelle che costituiscono la sostanza sono rimaste identiche anchealla fine della trasformazione, hanno solamente variato la lorodisposizione reciproca.

Le reazioni chimicheUna reazione chimica è un processo attraverso il quale le sostanzemodificano la loro identità chimica, si trasformano cioè in sostanze differentiUn atomo di carbonio reagisce con una molecola di ossigeno e vieneprodotta una molecola del composto biossido di carbonio.In questa trasformazione della materia gli atomi sono rimasti inalterati,anche se hanno cambiato la loro disposizione.Una reazione chimica è una trasformazione che, attraverso la rottura dilegami chimici esistenti nelle sostanze di partenza (reagenti) e la formazionedi nuovi legami chimici, porta alla produzione di nuove sostanze (prodotti).

Esempi di comuni reazioni chimiche:- l'arrugginimento di un pezzo di ferro all'aria,- la combustione della benzina nel motore della macchina,- la combustione del metano nell'impianto di riscaldamento,- l'imbrunimento di una fetta di mela lasciata all'aria,- l'inacidimento del latte conservato troppo a lungo.Anche il nostro organismo è una vera centrale di reazioni chimiche.

LA LEGGE DI LAVOISIERCombustione di un pezzo di legno in un sistema chiusoLegge di conservazione della massaIn una reazione chimica, la somma delle masse delle sostanze dipartenza (reagenti) è uguale alla somma delle masse dellesostanze che si ottengono dalla reazione (prodotti).

Le reazioni chimiche vengono rappresentate graficamente da equazionichimiche.reagentiprodottiC(s) + O2(g)CO2 (g)AgNO3 + KCl AgCl + KNO3CaCO3 + 2HCl CaCl2 + CO2 + H2O

Coefficienti stechiometrici: numeri minimi che rappresentano i rapportinumerici esistenti tra le particelle delle specie chimiche coinvolte nellareazione.Le reazioni chimiche si leggono nel seguente modo:

IL BILANCIAMENTO DELLE REAZIONI CHIMICHELa determinazione dei coefficienti stechiometrici è nota comebilanciamento dell' equazione chimica. Solo quando l'equazionechimica è bilanciata essa rappresenta correttamente la reazionechimica. Osserviamo la seguente equazione chimica nonbilanciata.N 2 + H 2 NH 3L'equazione ci dice che facendo reagire azoto e idrogeno si otterràun composto chiamato ammoniaca, ma non ci informa sui rapportinumerici esistenti tra le specie chimiche coinvolte.

Guardando l'equazione chimica non bilanciata abbiamo:a sinistra della freccia 2 atomi di idrogeno, a destra 3;allo stesso modo a sinistra troviamo 2 atomi di azoto, mentre adestra ce n' è 1 solo.Nelle reazioni chimiche gli atomi non si creano e non si distruggono(ricordiamo la costanza della massa e quindi degli atomi nellereazioni), ma semplicemente si dispongono in maniera differenterispetto alla situazione iniziale. Sicuramente l'equazione scrittasopra non sta rappresentando correttamente la realtà.Un'equazione chimica è bilanciata quando ogni elemento èpresente a sinistra e a destra della freccia con lo stesso numero diatomi.

BILANCIAMENTI DI REAZIONI CHIMICHEAs 2O 5+ H 2O H 3AsO 4Ca(H 2PO 4) 2P 2O 5+ Ca 3(PO 4) 2+ H 2OK 2CrO 4+ Al 2Cl 3Al 2(CrO 4) 3+ KClH 4SiO 4+ Ca(OH) 2Ca 2SiO 4+ H 2OC 6H 10+ O 2CO 2+ H 2OZnS + O 2SO 2+ ZnOPCl 3+ H 2O HCl + H 3PO 3Hg(NO 3) 2+ KI K 2HgI 4+ KNO 3Fe 3+ + OH - Fe(OH) 3ZnSO 4+ NaOHNa 2ZnO 2+ Na 2SO 4+ H 2O

Reazioni di ossido-riduzioneQueste reazioni coinvolgono un trasferimento di elettroni da unelemento ad un altro.Per visualizzare questo trasferimento si fa ricorso al numero diossidazione (n.o.): questo è il numero di elettroni in più o in menorispetto all’atomo neutro (carica virtuale o formale), attribuito ad unelemento in un composto secondo alcune convenzioni dalle qualiconsegue:REGOLE PER LA DETERMINAZIONE DEL n.o.1. Tutte le sostanze elementari hanno n.o. = 0,2. Tutti gli ioni monoatomici (K + , Cl - , S 2- , O 2- , Fe 3+ ecc.) hanno n.o. ugualealla carica dello ione,3. Nel caso di molecole, ioni poliatomici e composti in cui sono presentilegami covalenti, per assegnare il n.o. si deve immaginare che i dueelettroni di ogni legame fra due atomi siano sull’atomo piùelettronegativo; quando i due atomi legati sono uguali, i due elettronisono assegnati uno per ciascun atomo.

Esempio : H 2OOHHn.o. ossigeno = -2n.o. idrogeno = +1Usando questo criterio:- il n.o. dell’ossigeno nei suoi composti è generalmente -2, tranne che nei perossididove esiste il gruppo -O-O- per cui il n.o. è -1 (es. H 2 O 2 )- il n.o. dell’idrogeno nei suoi composti è generalmente +1, tranne che negli idrurimetallici dove è -1- i metalli alcalini e alcalino-terrosi nei loro composti hanno n.o. rispettivamente +1e +2- la somma algebrica dei n.o. di tutti gli elementi deve essere uguale a 0 in uncomposto neutro, mentre è uguale alla carica dello ione in uno ione poliatomico

Calcolare il n.o. degli elementi nei seguenti composti:HClCOCO 2NH 3HNO 2Na 2SO 4MnO 2MnO 42-MnO-4ClO -ClO-3ClO-4HSO-3P 2O4-7

Bilanciamento delle reazioni di ossido-riduzione1. Determinare il n.o. degli atomi nei composti dei reagenti e dei prodotti edindividuare gli atomi che nel passaggio dai reagenti ai prodotti cambiano iln.o.(Se un atomo acquista elettroni si riduce ed il suo n.o. diminuisceSe un atomo perde elettroni si ossida ed il suo n.o. aumenta)2. Bilanciare gli elettroni scambiati (il numero di elettroni persi ed acquistatideve essere lo stesso)3. Bilanciare le cariche reali.a) Se la reazione avviene in ambiente acido si devono aggiungere ioni H + almembro che ha un minor numero di cariche positive o un maggiornumero di cariche negative.b) Se la reazione avviene in ambiente basico si devono aggiungere ioni OH -al membro che ha un numero minore di cariche negative o un maggiornumero di cariche positive.c) Se la reazione avviene in ambiente neutro si devono aggiungere ioni H + oOH - solo al membro di destra.4. Bilanciare le masse

Esempi:MnO 4-+ Fe2+Mn 2+ + Fe 3+ (ambiente acido)MnO 4-+ H2 O 2Mn 2+ + O 2(ambiente acido)-MnO 4 + Sn2+Cu + HNO 3Cr 2O2-7+ HAsO 2-Zn + NO 3 + H+Mn 2+ + Sn 4+ (ambiente acido)Cu(NO 3) 2+ NOCr 3+ + HAsO 4(ambiente acido)Zn 2+ ++ NH 4Al + H 2SO 4Al 2(SO 4) 3+ H 2Cr(OH) 4 - + Cl 2+ OH - CrO 4 2- + Cl -BrO 3-+ H 2AsO 3-Br - + H 2AsO 4-