Le reazioni chimiche sono una parte essenziale della tecnologia, contribuendo a varie attività umane che fanno parte della nostra vita quotidiana. Esempi di reazioni chimiche che incontriamo ogni giorno includono la combustione di combustibili e la produzione di vino e birra. Anche le reazioni chimiche sono ampiamente presenti in natura, dall'erosione chimica delle rocce, alla fotosintesi nelle piante e al processo di respirazione negli animali.
Nell'aspetto più ampio, ce ne sono tre tipi di reazioni: fisico, chimico e nucleare. Le reazioni chimiche possono essere ulteriormente suddivise in molte categorie. Sei comuni tipi di reazioni chimiche sono: sintesi, decomposizione, reazioni a singolo spostamento, doppio spostamento, combustione e acido-base. Gli scienziati li classificano in base a ciò che accade quando si passa dai reagenti ai prodotti. Questo è utile per prevedere la reattività dei reagenti e dei prodotti formati dalle reazioni.
Tipi di reazioni
UN reazione chimica è un processo in cui una o più sostanze, i reagenti, subiscono una trasformazione chimica per formare una o più sostanze diverse, i prodotti. È un processo che comporta il riarrangiamento degli atomi costituenti dei reagenti per formare prodotti, senza modificare i nuclei degli atomi.
Ad esempio, in un processo utilizzato per produrre soda e seltz, l'anidride carbonica viene fatta gorgogliare nell'acqua in condizioni pressurizzate e forma un nuovo composto noto come acido carbonico (H2CO3). Con questa equazione, sai che si è verificata una reazione chimica.
CO2(g) + H2O(l) —> H2CO3(ac)
UN reazione fisica è diverso da una reazione chimica. I cambiamenti fisici comportano solo il cambiamento di stato, ad esempio il congelamento dell'acqua in ghiaccio e la sublimazione del ghiaccio secco in anidride carbonica. In entrambi gli scenari, l'identità chimica dei reagenti, H2O e CO2, non è cambiato. I prodotti sono ancora costituiti dagli stessi composti dei reagenti.
H2O(l) —> H2O(i)
CO2(s) —> CO2(g)
UN reazione nucleare si distingue anche da una reazione chimica. Implica la collisione di due nuclei per formare uno o più nuclidi diversi dai nuclei genitori. Ad esempio, Ernest Rutherford eseguì la prima trasmutazione artificiale esponendo il gas azoto alle particelle alfa, formando l'isotopo 17O ed espellendo un protone in questo processo. L'elemento nel reagente è cambiato, quindi si è verificata una reazione.
14N + α —> 17O + p
Tipi di reazioni chimiche
I tipi più comuni di reazioni chimiche sono la sintesi, la decomposizione, il singolo spostamento, il doppio spostamento, la combustione e l'acido-base. Tuttavia, tale categorizzazione non è esclusiva. Ad esempio, una reazione acido-base può anche essere classificata come reazione a doppio spostamento.
Reazione di sintesi
Una reazione di sintesi è quella in cui due o più sostanze sono combinato per formarne uno più complesso. L'equazione chimica per una forma generale di reazione di sintesi è la seguente:
A + B —> AB
Un esempio di una reazione di sintesi è la combinazione di ferro (Fe) e zolfo (S) per formare solfuro di ferro.
Fe(s) + S(s) —> FeS(s)
Un altro esempio è quando il gas di sodio e cloro vengono combinati per produrre una molecola più complessa, il cloruro di sodio.
2Na(s) + Cl2(g) —> 2NaCl (s)
Reazione di decomposizione
Una reazione di decomposizione funziona al contrario di una reazione di sintesi. È una reazione in cui una sostanza più complessa si rompe in quelli più semplici. Una forma generale di una reazione di decomposizione può essere scritta come:
LA —> LA + SI
Un esempio di reazione di decomposizione è l'elettrolisi dell'acqua per formare idrogeno e ossigeno.
H2O(l) —> H2(g) + O2(g)
La decomposizione può anche essere termica, come la conversione dell'acido carbonico in acqua e anidride carbonica in condizioni di riscaldamento. È comunemente visto nelle bevande gassate.
H2CO3(aq) —> H2O(l) + CO2(g)
Reazione di spostamento singolo
Conosciuta anche come reazione di sostituzione singola, la reazione di spostamento singolo è quando un elemento puro cambia posto con un altro elemento in un composto. È nella forma generale:
LA + BC —> AC + SI
Molti metalli possono reagire con un acido forte. Ad esempio, il magnesio reagisce con l'acido cloridrico per formare gas idrogeno e cloruro di magnesio. In questa reazione, il magnesio cambia posto con l'idrogeno nell'acido cloridrico.
Mg (s) + 2HCl (aq) —> H2(g) + MgCl2(ac)
Il magnesio può anche reagire con l'acqua per generare idrossido di magnesio e gas idrogeno.
Mg(s) + 2H2O(l) —> H2(g) + mg (OH)2(ac)
Doppia Cilindrata
Un altro tipo di reazioni chimiche è il doppio spostamento, in cui i cationi dei due reagenti si scambiano di posto per formare due prodotti completamente diversi. Una forma generale di questa reazione è:
LA + CD —> LA + SI
Un esempio di reazione a doppio spostamento è quando il cloruro di bario reagisce con il solfato di magnesio per formare solfato di bario e cloruro di magnesio. In questa reazione, i cationi di bario e magnesio nei reagenti cambiano posto in nuovi composti di bario e magnesio.
BaCl2 + MgSO4 —> BaSO4 + MgCl2
Un altro esempio è la reazione del nitrato di piombo con ioduro di potassio per formare ioduro di piombo e nitrato di potassio.
Pb (NO3)2 + 2KI —> PbI2 + 2KNO3
In entrambi i casi, la reazione genera un precipitato (BaSO4 e PbI2) da due reagenti solubili, quindi sono anche raggruppati sotto reazioni di precipitazione.
Reazione di combustione
Una reazione di combustione è un redox esotermico reazione chimica in cui un combustibile reagisce con l'ossigeno per produrre prodotti gassosi. Sebbene di solito sia innescato da una forma di energia, come l'uso di un fiammifero acceso per accendere un fuoco, il calore rilasciato fornisce energia per sostenere la reazione.
Una reazione di combustione completa si verifica quando è presente ossigeno in eccesso e produce principalmente ossidi comuni come anidride carbonica e anidride solforosa. Per garantire la piena combustione, l'ossigeno presente deve essere due o tre volte la quantità teorica calcolata dalla stechiometria. Una combustione completa di un idrocarburo può essere espressa nella forma:
4CXHsì + (4x+y) O2 —> 4xCO2 + 2yH2O + calore
La combustione del metano, che è un idrocarburo saturo, rilascia un notevole calore (891 kJ/mol) e può essere riassunta dall'equazione come segue:
CH4 + 2O2 —> CO2 + 2H2O + calore
Il naftalene è un altro esempio di idrocarburo e la sua combustione completa genera anche anidride carbonica, acqua e calore.
C10H8 + 12O2 —> 10CO2 + 4H2O + calore
Gli alcoli possono anche servire come fonte di combustibile per la combustione, come il metanolo.
CH3OH+ O2 —> CO2 + 2H2O + calore
Una combustione incompleta si verifica quando non c'è abbastanza ossigeno per reagire completamente con il combustibile per produrre anidride carbonica e acqua. Un tale esempio è quando il metano viene bruciato in una fornitura limitata di ossigeno per produrre una combinazione di monossido di carbonio, anidride carbonica, ceneri di carbonio e acqua. Può essere espresso dalle equazioni seguenti, ordinate in base alla quantità di ossigeno presente.
Poco ossigeno:
CH4 + O2 —> C + 2H2oh
Un po' di ossigeno:
2CH4 + 3O2 —> 2CO + 4H2oh
Più ossigeno ma non abbastanza:
4CH4 + 7O2 —> 2CO + 2CO2 + 8H2oh
Troppo monossido di carbonio può provocare avvelenamento dell'aria perché si combina con l'emoglobina per formare carbossiemoglobina e riduce la sua capacità di fornire ossigeno. Pertanto è importante garantire una combustione completa del combustibile per usi domestici e industriali.
Reazione acido-base
La reazione acido-base è una reazione tra un acido e una base e l'acqua è uno dei prodotti. È un tipo speciale di reazione a doppio spostamento (A e B scambiano i posti) e questi esempi di reazioni chimiche sono scritti come:
HA + BOH —> BA + H2oh
Un semplice esempio di reazione acido-base è quando un antiacido (idrossido di calcio) neutralizza l'acido dello stomaco (acido cloridrico).
Ca(OH)2 + 2HCl —> CaCl2 + 2H2oh
Un altro esempio è la reazione dell'aceto (acido acetico) con il bicarbonato di sodio (bicarbonato di sodio). In questo processo si formano acqua e anidride carbonica ma non viene rilasciato calore, quindi non è una reazione di combustione.
CH3COOH + NaHCO3 —> CH3COONa + H2O + CO2