Il reazioni chimiche Sono cambiamenti che la materia subisce nella disposizione dei suoi atomi e avvengono quando due diverse sostanze o composti entrano in contatto. I cambiamenti hanno origine nel processo che può essere visto immediatamente; come un aumento della temperatura, raffreddamento, formazione di gas, lampeggiamento o precipitazione di un solido.
Le reazioni chimiche più comuni spesso passano inosservate nella vita di tutti i giorni; migliaia di loro vengono effettuati nel nostro corpo. Altri, invece, sono più visibili, poiché possiamo realizzarli in cucina selezionando gli utensili e gli ingredienti corretti; ad esempio, mescolando il bicarbonato di sodio con l'aceto, lo zucchero fondente in acqua o il succo di cavolo viola acidificante.
Nei laboratori, le reazioni chimiche diventano più comuni e comuni; si trovano tutti in bicchieri o beute di Erlenmeyer. Se condividono qualcosa in comune, è che nessuno di loro è semplice, poiché nascondono collisioni, interruzioni di collegamento, meccanismi, formazione di collegamenti, aspetti energetici e cinetici..
Ci sono reazioni chimiche così sorprendenti che dilettanti e scienziati, conoscendo la tossicologia dei reagenti e alcune misure di sicurezza, le riproducono su larga scala in affascinanti eventi dimostrativi..
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Le reazioni chimiche avvengono quando si verifica la rottura di un legame (ionico o covalente), così che al suo posto se ne forma un altro; due atomi o un insieme di essi smettono di interagire fortemente per originare nuove molecole. Grazie a ciò, è possibile determinare le proprietà chimiche di un composto, la sua reattività, stabilità, con ciò che reagisce.
Oltre ad essere responsabili delle reazioni chimiche che la materia trasforma costantemente, senza intaccare i suoi atomi, spiegano l'emergere di composti così come li conosciamo..
L'energia è necessaria per rompere i legami e quando si formano i legami viene rilasciata. Se l'energia assorbita è maggiore di quella rilasciata, si dice che la reazione è endotermica; abbiamo un raffreddamento dei dintorni. Considerando che se il calore rilasciato è superiore a quello assorbito, allora sarà una reazione esotermica; l'ambiente si surriscalda.
Le molecole in teoria devono scontrarsi tra loro, portando con sé sufficiente energia cinetica per favorire la rottura di un legame. Se le loro collisioni sono lente o inefficienti, la reazione chimica viene influenzata cineticamente. Ciò può avvenire sia dagli stati fisici delle sostanze, sia dalla loro geometria o struttura..
Così, in una reazione, la materia si trasforma assorbendo o rilasciando calore, nello stesso tempo subisce urti che favoriscono la formazione di prodotti; i componenti più importanti di qualsiasi reazione chimica.
A causa della legge di conservazione della massa, la massa totale dell'assieme rimane costante dopo una reazione chimica. Pertanto, la somma delle singole masse di ciascuna sostanza è uguale alla massa del risultato ottenuto.
Il verificarsi di una reazione chimica può essere accompagnato da un cambiamento nello stato dei componenti; cioè una variazione dello stato solido, liquido o gassoso del materiale.
Tuttavia, non tutti i cambiamenti di stato comportano una reazione chimica. Ad esempio: se l'acqua evapora per effetto del calore, il vapore acqueo prodotto dopo questo cambiamento di stato è ancora acqua.
Tra gli attributi fisici che derivano da una reazione chimica, spicca il cambiamento nel colore dei reagenti rispetto al colore del prodotto finale..
Questo fenomeno è evidente osservando la reazione chimica dei metalli con l'ossigeno: quando un metallo si ossida, cambia il suo colore caratteristico (oro o argento, a seconda dei casi), per assumere una tonalità rosso-arancio, nota come ruggine..
Questa caratteristica si manifesta con una bollicina o con l'emissione di odori particolari.
Generalmente, le bolle si manifestano come conseguenza della sottomissione di un liquido ad alte temperature, il che provoca un aumento dell'energia cinetica delle molecole che fanno parte della reazione..
Nel caso in cui il calore sia un catalizzatore per la reazione chimica, una variazione di temperatura sarà indotta nel prodotto finale. Pertanto, l'ingresso e l'uscita del calore nel processo possono anche essere una caratteristica delle reazioni chimiche..
Qualsiasi reazione chimica è rappresentata da un'equazione del tipo:
A + B → C + D
Dove A e B sono i reagenti, mentre C e D sono i prodotti. L'equazione ci dice che l'atomo o la molecola A reagisce con B per dare origine ai prodotti C e D. Questa è una reazione irreversibile, poiché i reagenti non possono originarsi di nuovo dai prodotti. D'altra parte, la reazione di seguito è reversibile:
A + B <=> C + D
È importante sottolineare che la massa dei reagenti (A + B) deve essere uguale alla massa dei prodotti (C + D). Altrimenti l'impasto non verrebbe conservato. Allo stesso modo, il numero di atomi per un dato elemento deve essere lo stesso prima e dopo la freccia.
Sopra la freccia sono indicate alcune specifiche specifiche della reazione: temperatura (Δ), incidenza della radiazione ultravioletta (hv) o catalizzatore usato.
Per quanto riguarda la vita e le reazioni che avvengono nel nostro corpo, il mezzo di reazione è acquoso (ac). Tuttavia, le reazioni chimiche possono avvenire in qualsiasi mezzo liquido (etanolo, acido acetico glaciale, toluene, tetraidrofurano, ecc.) Purché i reagenti siano ben disciolti..
Le reazioni chimiche controllate avvengono in un recipiente, sia una semplice vetreria, sia in un reattore in acciaio inossidabile.
I tipi di reazioni chimiche si basano su ciò che accade a livello molecolare; quali legami si rompono e come gli atomi finiscono per unirsi. Allo stesso modo, si prende in considerazione se la specie guadagna o perde elettroni; anche se nella maggior parte delle reazioni chimiche ciò si verifica.
Qui spieghiamo i diversi tipi di reazioni chimiche che esistono.
Nell'esempio di patina avviene una reazione di ossidazione: il rame metallico perde elettroni in presenza di ossigeno per trasformarsi nel suo corrispondente ossido.
4Cu (s) + ODue(g) => CuDueVoi)
L'ossido di rame (I) continua a ossidarsi in ossido di rame (II):
2CuDueO (s) + ODue => 4CuO (s)
Questo tipo di reazione chimica in cui la specie aumenta o riduce il proprio numero (o stato) di ossidazione, è nota come reazione di ossidazione e riduzione (redox)..
Il rame metallico con stato di ossidazione 0, prima perde un elettrone, quindi il secondo (si ossida), mentre l'ossigeno rimane (si riduce):
Cu => Cu+ + e-
Cu+ => CuDue+ + e-
ODue + 2e- => 2ODue-
Il guadagno o la perdita di elettroni può essere determinato calcolando i numeri di ossidazione per gli atomi nelle formule chimiche dei loro composti risultanti..
Per CuDueOppure, è noto che poiché è un ossido, abbiamo l'anione ODue-, Pertanto, per mantenere le cariche neutralizzate, ciascuno dei due atomi di rame deve avere una carica di +1. Molto simile accade con CuO.
Quando il rame si ossida, acquisisce numeri di ossidazione positivi; e ossigeno, da ridurre, numeri di ossidazione negativi.
Di seguito sono riportati ulteriori esempi di reazioni redox. Inoltre, verrà fatto un breve commento e verranno specificati i cambiamenti nei numeri di ossidazione..
FeClDue + CoCl3 => FeCl3 + CoClDue
Se si calcolano i numeri di ossidazione, si noterà che quelli di Cl rimangono con un valore costante di -1; non così, con quelli di Fe y Co.
A prima vista, il ferro è stato ossidato mentre il cobalto è stato ridotto. Come lo sai? Perché il ferro ora non interagisce con due anioni Cl- ma con tre, l'atomo di cloro (neutro) è più elettronegativo del ferro e del cobalto. Al cobalto invece accade il contrario: si passa dall'interazione con tre Cl- due di loro.
Se il ragionamento di cui sopra non è chiaro, procediamo a scrivere le equazioni chimiche del trasferimento netto di elettroni:
FedeDue+ => Fede3+ + e-
Co3+ + e- => CoDue+
Pertanto il FeDue+ arrugginisce, mentre Co3+ è ridotto.
6KMnO4 + 5KI + 18HCl => 6MnClDue + 5KIO3 + 6KCl + 9HDueO
L'equazione chimica sopra può sembrare complicata, ma non lo è. Cloro (cl-) o ossigeno (ODue-) sperimentano il guadagno o la perdita dei loro elettroni. Iodio e manganese, sì.
Considerando solo i composti con iodio e manganese, abbiamo:
KI => KIO3 (numero di ossidazione: da -1 a +5, perde sei elettroni)
KMnO4 => MnClDue (numero di ossidazione: da +7 a +2, guadagna cinque elettroni)
Lo iodio è ossidato, mentre il manganese è ridotto. Come saperlo senza fare calcoli? Perché lo iodio passa dall'essere con il potassio all'interazione con tre ossigeni (più elettronegativi); e il manganese, da parte sua, perde le interazioni con l'ossigeno per stare con il cloro (meno elettronegativo).
KI non può perdere sei elettroni se KMnO4 vinci cinque; ecco perché il numero di elettroni deve essere bilanciato nell'equazione:
5 (KI => KIO3 + 6e-)
6 (KMnO4 + 5e- => MnClDue)
Il che si traduce in un trasferimento netto di 30 elettroni.
La combustione è un'ossidazione vigorosa ed energetica in cui vengono rilasciati luce e calore. Generalmente, in questo tipo di reazione chimica l'ossigeno partecipa come agente ossidante o ossidante; mentre l'agente riducente è il carburante, che brucia alla fine della giornata.
Dove c'è la cenere, c'è stata la combustione. Questi sono essenzialmente composti da ossidi di carbonio e metallici; sebbene la sua composizione dipenda logicamente da cosa fosse il carburante. Di seguito sono riportati alcuni esempi:
C (s) + ODue(g) => CODue(g)
2CO (g) + ODue(g) => 2CODue(g)
C3H8(g) + 5ODue(g) => 3CODue(g) + 4HDueO (g)
Ciascuna di queste equazioni corrisponde a combustione completa; cioè tutto il carburante reagisce con un eccesso di ossigeno per garantirne la completa trasformazione.
Allo stesso modo, va notato che CODue e H.DueOppure i principali prodotti sono gassosi quando i corpi carboniosi bruciano (come legno, idrocarburi e tessuti animali). È inevitabile che si formi un po 'di allotropo di carbonio, a causa di ossigeno insufficiente, oltre a gas meno ossigenati come CO e NO.
L'immagine sopra mostra una rappresentazione estremamente semplice. Ogni triangolo è un composto o un atomo, che si uniscono per formare un unico composto; due triangoli formano un parallelogramma. Le masse aumentano e le proprietà fisiche e chimiche del prodotto sono, molte volte, molto diverse da quelle dei suoi reagenti.
Ad esempio, la combustione dell'idrogeno (che è anche una reazione redox) produce ossido di idrogeno o idruro di ossigeno; meglio conosciuta come acqua:
HDue(g) + ODue(g) => 2HDueO (g)
Quando i due gas si mescolano, ad alta temperatura, bruciano producendo acqua gassosa. Quando le temperature si raffreddano, i vapori si condensano per dare acqua allo stato liquido. Diversi autori considerano questa reazione di sintesi come una delle possibili alternative per sostituire i combustibili fossili nell'ottenimento di energia.
I legami H-H e O = O si rompono per formare due nuovi legami singoli: H-O-H. L'acqua, come è noto, è una sostanza unica (al di là del senso romantico) e le sue proprietà sono molto diverse dall'idrogeno gassoso e dall'ossigeno..
La formazione di composti ionici dai loro elementi è anche un esempio di una reazione di sintesi. Uno dei più semplici è la formazione di alogenuri metallici dei gruppi 1 e 2. Ad esempio, la sintesi del bromuro di calcio:
Ca (s) + BrDue(l) => CaBrDue(S)
Un'equazione generale per questo tipo di sintesi è:
M (s) + XDue => MXDue(S)
Quando il composto formato coinvolge un atomo metallico all'interno di una geometria elettronica, si dice allora che è un complesso. Nei complessi, i metalli rimangono attaccati ai ligandi da deboli legami covalenti e sono formati da reazioni di coordinazione.
Ad esempio, abbiamo il complesso [Cr (NH3)6]3+. Questo si forma quando il catione Cr3+ è in presenza delle molecole di ammoniaca, NH3, che agiscono come ligandi di cromo:
Cr3+ + 6NH3 => [Cr (NH3)6]3+
L'ottaedro di coordinazione risultante attorno al centro del metallo cromato è mostrato di seguito:
Si noti che la carica 3+ sul cromo non è neutralizzata nel complesso. Il suo colore è viola, ed è per questo che l'ottaedro è rappresentato con quel colore.
Alcuni complessi sono più interessanti, come nel caso di alcuni enzimi che coordinano gli atomi di ferro, zinco e calcio.
La decomposizione è l'opposto della sintesi: un composto si decompone in uno, due o tre elementi o composti.
Ad esempio, abbiamo le seguenti tre scomposizioni:
2HgO (s) => 2Hg (l) + ODue(g)
2HDueODue(l) => 2HDueO (l) + ODue(g)
HDueCO3(ac) => CODue(g) + HDueO (l)
HgO è un solido rossastro che, sotto l'azione del calore, si decompone in mercurio metallico, un liquido nero e ossigeno..
Il perossido di idrogeno o il perossido di idrogeno subiscono la decomposizione, dando acqua liquida e ossigeno.
E l'acido carbonico, da parte sua, si decompone in anidride carbonica e acqua liquida.
Una decomposizione "più secca" è quella subita dai carbonati metallici:
Ladro3(s) => CaO (s) + CODue(g)
Una reazione di decomposizione che è stata utilizzata nelle classi chimiche è la decomposizione termica del dicromato di ammonio, (NH4)DueCrDueO7. Questo sale arancione cancerogeno (quindi deve essere maneggiato con molta cura), brucia per rilasciare molto calore e produrre un solido verde, ossido cromico, CrDueO3:
(NH4)DueCrDueO7(s) => CrDueO3(s) + 4HDueO (g) + NDue(g)
Le reazioni di spostamento sono un tipo di reazione redox in cui un elemento sposta un altro in un composto. L'elemento spostato finisce per ridurre o guadagnare elettroni.
Per semplificare quanto sopra, viene mostrata l'immagine sopra. I cerchi rappresentano un elemento. Si osserva che il cerchio verde lime sposta quello blu, rimanendo all'esterno; ma non solo, ma il cerchio blu si restringe nel processo e quello verde lime si arrugginisce.
Ad esempio, abbiamo le seguenti equazioni chimiche per esporre quanto sopra spiegato:
2Al (s) + 6HCl (aq) => AlCl3(aq) + 3HDue(g)
Zr (s) + 2HDueO (g) => ZrODue(s) + 2HDue(g)
Zn (s) + HDueSW4(ac) => ZnSO4(ac) + HDue(g)
Qual è l'elemento spostato per queste tre reazioni chimiche? Idrogeno, che è ridotto a idrogeno molecolare, H.Due; va da un numero di ossidazione da +1 a 0. Si noti che i metalli alluminio, zirconio e zinco possono spiazzare gli idrogeni degli acidi e dell'acqua; mentre il rame, né argento né oro, non può.
Allo stesso modo, ci sono queste due reazioni di spostamento aggiuntive:
Zn (s) + CuSO4(ac) => Cu (s) + ZnSO4(AC)
ClDue(g) + 2NaI (aq) => 2NaCl (aq) + IDue(S)
Nella prima reazione, lo zinco sposta il rame metallico meno attivo; lo zinco viene ossidato mentre il rame viene ridotto.
Nella seconda reazione, invece, il cloro, elemento più reattivo dello iodio, sposta quest'ultimo nel sale sodico. Qui è il contrario: l'elemento più reattivo viene ridotto ossidando l'elemento spostato; pertanto, il cloro viene ridotto ossidando lo iodio.
Nelle reazioni si può vedere che molti di loro hanno generato gas e quindi entrano anche in questo tipo di reazione chimica. Allo stesso modo, le reazioni della sezione precedente, quella dello spostamento dell'idrogeno da parte di un metallo attivo, sono considerate reazioni di formazione di gas..
Oltre a quelli già citati, i solfuri metallici, ad esempio, rilasciano acido solfidrico (che odora di uova marce) quando viene aggiunto acido cloridrico:
N / ADueS (s) + 2HCl (aq) => 2NaCl (aq) + HDueS (g)
Nella metatesi o reazione di doppio spostamento, ciò che avviene è un cambio di partner senza trasferimenti di elettroni; cioè, non è considerata una reazione redox. Come si può vedere nell'immagine sopra, il cerchio verde interrompe il collegamento con il cerchio blu scuro per collegarsi al cerchio azzurro.
Quando le interazioni di uno dei partner sono abbastanza forti da superare l'effetto di solvatazione del liquido, si ottiene un precipitato. Le seguenti equazioni chimiche rappresentano le reazioni di precipitazione:
AgNO3(aq) + NaCl (aq) => AgCl (s) + NaNO3(AC)
CaClDue(ac) + NaDueCO3(ac) => CaCO3(s) + 2NaCl (aq)
Nella prima reazione il Cl- passa a NO3- per formare cloruro d'argento, AgCl, che è un precipitato bianco. E nella seconda reazione, il CO3Due- passa a Cl- precipitare il carbonato di calcio.
Forse la più emblematica delle reazioni di metatesi è quella della neutralizzazione acido-base. Infine, vengono mostrate due reazioni acido-base come esempi:
HCl (aq) + NaOH (aq) => NaCl (aq) + HDueO (l)
2HCl (aq) + Ba (OH)Due(ac) => BaClDue(aq) + 2HDueO (l)
L'OH- spostare il Cl- per formare acqua e sali di cloruro.
Di seguito e di seguito verranno menzionate alcune reazioni chimiche con le rispettive equazioni e commenti..
Zn (s) + AgNO3(ac) → 2Ag (s) + Zn (NO3)Due(AC)
Lo zinco sposta l'argento nel suo sale nitrato: lo riduce da Ag+ ad Ag. Di conseguenza, l'argento metallico inizia a precipitare nel mezzo, osservato al microscopio come alberi argentei senza foglie. D'altra parte, il nitrato si combina con gli ioni ZnDue+ risultante per formare nitrato di zinco.
Ladro3(s) + 2HCl (aq) → CaClDue(ac) + HDueO (l) + CODue(g)
L'acido cloridrico neutralizza il sale di carbonato di calcio per produrre un sale, cloruro di calcio, acqua e anidride carbonica. Il CODue bolle e viene rilevato nell'acqua. Questa bollicina si ottiene anche aggiungendo HCl a gesso o gusci d'uovo, ricchi di CaCO3.
NH3(g) + HCl (g) → NH4Cl (s)
In questa seconda reazione, i vapori di HCl neutralizzano l'ammoniaca gassosa. Il sale di cloruro di ammonio, NH4Cl, si forma come un fumo biancastro (immagine inferiore), poiché contiene particelle molto fini sospese nell'aria.
AgNO3(aq) + NaCl (aq) → AgCl (s) + NaNO3(AC)
In una reazione di doppio spostamento c'è uno scambio di "partner". L'argento cambia partner con il sodio. Il risultato è che il nuovo sale, cloruro d'argento, AgCl, precipita come un solido lattiginoso..
Esistono innumerevoli reazioni redox. Uno dei più impressionanti è quello di Barkin Dog:
8 NDueO (g) + 4 CSDue(l) → S8(i) + 4 CODue(g) + 8 NDue(g)
L'energia rilasciata quando si formano i tre prodotti stabili è tanta che si ha un lampo bluastro (immagine in alto) e un clamoroso aumento di pressione causato dai gas originati (CODue e nDue).
E inoltre, tutto ciò è accompagnato da un suono molto forte simile all'abbaiare di un cane. Lo zolfo prodotto, S8, riveste di giallo le pareti interne del tubo.
Quale specie è ridotta e quale è ossidata? Come regola generale, gli elementi hanno numero di ossidazione 0. Pertanto, lo zolfo e l'azoto nei prodotti devono essere le specie che hanno guadagnato o perso elettroni..
Zolfo ossidato (elettroni persi), poiché aveva un numero di ossidazione -2 in CSDue (C4+SDueDue-):
SDue- → S0 + 2e-
Mentre l'azoto è stato ridotto (elettroni guadagnati), perché aveva numero di ossidazione +1 nell'NDueSOPRADue+ODue-):
2N+ + 2e → N0
Quale sale precipita nella seguente reazione in mezzo acquoso?
N / ADueS (ac) + FeSO4(ac) → ¿?
Come regola generale, tutti i solfuri, ad eccezione di quelli formati con metalli alcalini e ammonio, precipitano in mezzo acquoso. Si verifica un doppio spostamento: il ferro si lega allo zolfo e il sodio al solfato:
N / ADueS (ac) + FeSO4(ac) → FeS (s) + NaDueSW4(AC)
Quali prodotti otterremo dalla seguente reazione?
Francobollo3)Due + Ca (OH)Due →?
L'idrossido di calcio non è molto solubile in acqua; ma l'aggiunta di nitrato di rame aiuta a solubilizzarlo perché reagisce formando il suo corrispondente idrossido:
Francobollo3)Due(ac) + Ca (OH)Due(ac) → Cu (OH)Due(s) + Ca (NO3)Due(AC)
Cu (OH)Due immediatamente riconoscibile come un precipitato blu.
Quale sale sarà prodotto nella seguente reazione di neutralizzazione?
Al (OH)3(s) + 3HCl (aq) → ¿?
L'idrossido di alluminio si comporta come una base che reagisce con l'acido cloridrico. In una reazione di neutralizzazione acido-base (Bronsted-Lowry), si forma sempre acqua, quindi l'altro prodotto deve essere cloruro di alluminio, AlCl3:
Al (OH)3(s) + 3HCl (aq) → AlCl3(aq) + 3HDueO
Questa volta l'AlCl3 non precipita perché è un sale (in una certa misura) solubile in acqua.
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