Reazioni chimiche — Tipi, bilanciamento ed esempi

Una reazione chimica avviene quando i reagenti diventano nuove sostanze chiamate prodotti perché gli atomi si riordinano in nuove combinazioni. Se riesci a identificare i reagenti, i prodotti e il numero di atomi, di solito puoi classificare la reazione e bilanciare la sua equazione.

In una normale equazione chimica, gli atomi si riordinano invece di essere creati o distrutti. Per questo il bilanciamento è importante: il numero di atomi di ogni elemento deve essere uguale su entrambi i lati, anche se le sostanze stesse cambiano.

Che cosa cambia in una reazione chimica

Le reazioni chimiche di solito comportano uno o più di questi cambiamenti:

• rottura di legami e formazione di nuovi legami
• scambio di partner tra ioni
• trasferimento di elettroni
• assorbimento o rilascio di energia

Non serve chiarire ogni dettaglio subito. La prima domanda utile è più semplice: che cosa è cambiato tra i reagenti e i prodotti?

Tipi comuni di reazioni chimiche

I libri di testo non classificano le reazioni esattamente allo stesso modo, e una stessa reazione può rientrare in più di una categoria. Queste sono le principali categorie introduttive.

Sintesi

Una reazione di sintesi unisce sostanze più semplici in un unico prodotto.

$$\mathrm{2Mg + O_2 \rightarrow 2MgO}$$

Decomposizione

Una reazione di decomposizione scinde un composto in sostanze più semplici.

$$\mathrm{2H_2O_2 \rightarrow 2H_2O + O_2}$$

Sostituzione semplice

In una reazione di sostituzione semplice, un elemento sostituisce un altro in un composto. Il fatto che avvenga davvero dipende dalle sostanze coinvolte e dalle condizioni di reazione.

$$\mathrm{Zn + 2HCl \rightarrow ZnCl_2 + H_2}$$

Doppio scambio

In una reazione di doppio scambio, gli ioni di due composti si scambiano i partner. Molte reazioni di precipitazione e alcune reazioni acido-base vengono introdotte in questo modo.

$$\mathrm{AgNO_3 + NaCl \rightarrow AgCl + NaNO_3}$$

Combustione

Una reazione di combustione coinvolge una sostanza che reagisce con l’ossigeno. Per un idrocarburo in combustione completa, i prodotti usuali sono $\mathrm{CO_2}$ e $\mathrm{H_2O}$.

$$\mathrm{CH_4 + O_2 \rightarrow CO_2 + H_2O}$$

Redox

Redox significa che ossidazione e riduzione avvengono insieme tramite trasferimento di elettroni. Molte reazioni di spostamento dei metalli e molte reazioni di combustione sono anche reazioni redox.

Questa sovrapposizione è importante. I tipi di reazione sono etichette utili, non categorie rigide.

Esempio svolto: bilanciare una reazione di combustione

Parti dall’equazione non bilanciata:

$$\mathrm{CH_4 + O_2 \rightarrow CO_2 + H_2O}$$

Questa è una reazione di combustione perché il metano sta reagendo con l’ossigeno.

Ora bilancia gli atomi un elemento alla volta. Lascia l’ossigeno per dopo perché compare in più di un prodotto.

Il carbonio è già bilanciato: $1$ atomo di carbonio per lato.

L’idrogeno non è bilanciato. A sinistra ci sono $4$ atomi di idrogeno, ma a destra ce ne sono solo $2$. Metti un coefficiente $2$ davanti all’acqua:

$$\mathrm{CH_4 + O_2 \rightarrow CO_2 + 2H_2O}$$

Ora riconta l’ossigeno. A destra ci sono $2$ atomi di ossigeno in $\mathrm{CO_2}$ e altri $2$ in $\mathrm{2H_2O}$, per un totale di $4$. Quindi metti un coefficiente $2$ davanti a $\mathrm{O_2}$:

$$\mathrm{CH_4 + 2O_2 \rightarrow CO_2 + 2H_2O}$$

Controlla i conteggi finali:

• carbonio: $1$ su entrambi i lati
• idrogeno: $4$ su entrambi i lati
• ossigeno: $4$ su entrambi i lati

Ora l’equazione è bilanciata.

Come bilanciare le equazioni chimiche in modo affidabile

Per la maggior parte delle equazioni introduttive, questo schema funziona bene:

1. Scrivi prima le formule corrette.
2. Conta gli atomi di ogni elemento su entrambi i lati.
3. Cambia i coefficienti, non gli indici.
4. Riconta dopo ogni modifica.
5. Concludi con i coefficienti interi minimi.

Il passaggio che spesso si salta troppo presto è il ricontrollo. Un’equazione può sembrare quasi giusta e non essere comunque bilanciata.

Errori comuni nel bilanciamento delle reazioni

Cambiare gli indici invece dei coefficienti

Cambiare $\mathrm{H_2O}$ in $\mathrm{H_2O_2}$ non bilancia l’equazione. Trasforma l’acqua in perossido di idrogeno, che è una sostanza diversa.

Trattare i tipi di reazione come assoluti

Alcune reazioni rientrano in più di una categoria. Una reazione di combustione può anche essere una reazione redox.

Dimenticare che le condizioni contano

I prodotti possono dipendere da condizioni come disponibilità di ossigeno, temperatura, solvente o catalizzatore. Per esempio, combustione completa e combustione incompleta non danno gli stessi prodotti.

Pensare che un’equazione bilanciata dica la velocità

Il bilanciamento indica il rapporto tra gli atomi. Non dice quanto velocemente avviene la reazione. La velocità dipende dalla cinetica e dalle condizioni di reazione.

Dove compaiono le reazioni chimiche

Le reazioni chimiche spiegano ruggine, batterie, digestione, sintesi industriale, corrosione, combustione e molti test di laboratorio. Sono anche alla base di argomenti successivi come stechiometria, equilibrio, termochimica ed elettrochimica.

Prova un esercizio simile

Prova a classificare e bilanciare queste due equazioni:

$$\mathrm{2Na + Cl_2 \rightarrow 2NaCl}$$ $$\mathrm{CaCO_3 \rightarrow CaO + CO_2}$$

Per ciascuna, poniti prima due domande: che tipo di cambiamento sta avvenendo e l’equazione è bilanciata? Questa abitudine rende le reazioni chimiche molto più facili da leggere.