Utente:Riccardo Rovinetti/Sandbox 03

Per leggere questo manuale è necessaria una buona compressione della terminologia chimica, che verrà spiegata sinteticamente in questa pagina. Per approfondire i concetti qui esposti solo come richiamo,

Formule chimiche e nome dei composti

Ogni composto chimico ha un proprio nome, e viene identificato con una formula chimica che ne descriva la composizione. Esistono diverse nomenclature chimiche, approvate o meno dalla IUPAC. Qui si spiegherà solo la nomenclatura tradizionale, più frequentemente usata in laboratorio e preponderante in questo manuale.

La nomenclatura tradizionale divide nomina i composti in base al loro stato di ossidazione.

1. Per prima cosa, in ogni composto bisogna vedere chi cede e chi acquista gli elettroni. Per farlo, basta vedere la differenza di elettronegatività fra i due elemento, basandosi sui valori riportati nella tavola periodica.

Si prenda come esempio il cloruro di sodio, NaCl. Sulla tavola periodica c'è scritto che il cloro ha elettronegatività 3,2; il sodio solo 0,8. Il cloro è il più elettronegativo, quindi sottrae al sodio l'elettrone.

Si prenda come esempio il ferro. Esso assume principalmente due stati di ossidazione: +2 e +3, cioè può cedere o due o tre elettroni ad un altro atomo per formare una molecola (ma può solo cederne, non può acquisirne di più di quelli che aveva allo stato elementare).

Equazioni chimiche

Un'equazione chimica è un'espressione che descrive una reazione chimica. A sinistra vengono riportati i reagenti (i composti di partenza) e a destra i prodotti della reazione, scrivendo solo la loro formula molecolare ed i loro coefficienti stechiometrici ovvero i loro rapporti di combinazione (in moli).

C + O₂ → CO₂

Oltre a questi termini basilari possono esserne aggiunti degli altri, come lo stato fisico dei reagenti, la temperatura ed il tempo di reazione, catalizzatori vari ecc. Qui sono riportati vari esempi:

(1) Pb(NO₃)_{2 (aq)} + 2 NaCl → PbCl₂↓ + NaNO₃

(2) CaCO_{3 (s)} + H₂SO_{4 (l)} → CaSO₄↓ + H₂O_(l) + CO₂↑

(3) K₄Fe(CN)₆ + 2 KOH_(aq) ${\xrightarrow {100^{\circ }\!C}}$ 6 KCN_(aq) + Fe(OH)₂↓

(4) 2 SO_{2 (g)} + O_{2 (g)} ${\xrightarrow {V_{2}O_{5}\ 450^{\circ }\!C}}$ 2 SO_{3 (g)}

Oltre ai reagenti ed ai loro coefficienti stechiometrici nelle equazioni chimiche sopra elencate sono presenti dei simboli aggiuntivi. (aq) è uno dei più comuni e significa che i due reagenti sono sciolti in acqua. (s), (l) e (g) indicano lo stato del reagente (solido, liquido o gassoso). Anche le frecce ↑ e ↓ rappresentano, rispettivamente, lo stato solido e quello aeriforme del composto. La differenza è che le frecce sottolineano il fatto che dai reagenti si ottiene un prodotto in una fase diversa da quelle precedenti. Per esempio, nella prima reazione si mischiano una soluzione di nitrato piomboso con una di cloruro di sodio. La reazione produce cloruro piomboso, che precipita perché insolubile in acqua, e nitrato di sodio, che invece rimane in soluzione. In quel caso i due reagenti erano solidi disciolti in acqua, mentre nel secondo caso uno dei prodotti solidi esce dalla soluzione, e la freccia evidenzia questo fatto. Nella quarta reazione invece sia i reagenti che i prodotti sono gassosi, ed il loro stato è indicato al pedice. Non avvenendo cambiamenti di stato non c'è stato bisogno di usare le frecce (le frecce vanno usate solo quando c'è un cambiamento di stato nei prodotti). I simboli di stato sono facoltativi.
Nelle ultime due reazioni notiamo anche che sulla freccia che indica l'esito della reazione sono riportati i valori della temperatura a cui condurre la reazione e la formula di un composto chimico, il catalizzatore usato per favorire tale reazione (esso infatti non è scritto fra i reagenti perché non si trasforma durante la reazione chimica, ma abbassa semplicemente la temperatura a cui dev'essere condotta, favorendola). Essi sono altre indicazioni facoltative da aggiungere all'equazione.
In alcune reazioni chimiche vengono riportati gli ioni che reagiscono. Da questo talvolta l'equazione di reazione viene anche chiamata equazione ionica.
Vediamo ora quando viene usata l'equazione ionica:
Si immagini di mischiare due soluzioni, una di nitrato di argento ed una di solfato di magnesio. I due sali, sciogliendosi, si dissociano nei loro ioni costituenti, e mischiando le due soluzioni avviene la seguente reazione:

2 Ag⁺_(aq) + 2 NO₃^-_(aq) + Mg²⁺_(aq) + SO₄^2-_(aq) → Ag₂SO₄↓ + 2 NO₃^-_(aq) + Mg²⁺_(aq)

Possiamo notare che si forma un precipitato di solfato di argento, mentre gli ioni del nitrato di magnesio che si forma come secondo prodotto rimangono in soluzione.
In realtà, alla fine non è necessario scrivere tutti gli ioni presenti in soluzione: quelli che reagiscono sono Ag⁺ e SO₄^2-, perché si legano fra di loro per dare il precipitato di solfato di argento, mentre NO₃^- ed Mg²⁺ non vengono minimamente toccati dalla reazione (si dicono ioni spettatori, cioè che sono in soluzione ma non si trasformano). Se in soluzione ci fosse stato un altro solfato, come Na₂SO₄ ed un altro composto solubile dell'argento, tipo AgC₂H₃O₂, non sarebbe cambiato nulla, perché lo ione positivo che reagisce è Ag⁺ e quello negativo con cui si lega è SO₄^2-.
Questo vuol dire che per generalizzare alcune reazioni è sufficiente scrivere la formula riportando solo gli ioni che reagiscono in soluzione, senza curarsi della parte avente carica opposta cui sono legati. Nelle reazioni ioniche va riportato lo stato di ossidazione degli ioni dissociati. Si noti anche che quando questi escono dalla soluzione, e quindi si legano, non sono più dissociati, dunque anche se mantengono la propria carica elettrica, negativa o positiva, non c'è più bisogno di riportarne lo stato di ossidazione. Esempio:

2 Cr(OH)₃ + 3 ClO^- + 4 OH^- → 2 CrO₄^2- + 3 Cl^- + 5 H₂O

Nella reazione sopra riportata, 2 moli di idrossido di cromo vengono trattate con 3 di ipoclorito (non importa che sia KClO, NaClO, Ca(ClO)₂ ecc.) e con 4 di un idrossido solubile (non importa che sia NaOH, KOH, TlOH ecc.) per dare 2 moli di cromato, 3 moli di cloruro e 5 moli di acqua. Si ricorda che i composti non dissociati sono insolubili, o semplicemente non sono ionici e quindi non si dissociano anche se si sciolgono.

C'è in fine un ultimo parametro da descrivere: la freccia. Essa può andare in un verso o in entrambi, a seconda se la reazione è reversibile o meno. Per esempio: è noto che l'acqua, in presenza di ossigeno, ossida il ferro per dare ossidi di ferro e idrogeno, una delle prime reazioni che avvengono quando il ferro arrugginisce è la seguente:

Fe + H₂O $\longrightarrow$ FeO + H₂

Come indicato dalla freccia, il ferro metallico e l'acqua sono i reagenti, e l'ossido ferroso e l'idrogeno elementare sono i prodotti di reazione. Tuttavia questa reazione, variando le condizioni di temperatura e pressione, può facilmente tornare indietro:

FeO + H₂ $\longrightarrow$ Fe + H₂O

Si può dire dunque che essa è reversibile: riscaldando dell'ossido di ferro in atmosfera di idrogeno si permetterebbe a quest'ultimo di legarsi all'ossigeno generando di nuovo acqua e ferro. L'acqua quindi evapora, separandosi dal ferro, che non può più essere ossidato da essa, però rimettendo il ferro a contatto con l'acqua avviene la reazione contraria: l'acqua, urtando il ferro, ne cattura due elettroni, che riducono l'idrogeno (che esce dalla soluzione) mentre l'ossigeno rimane legato al ferro.
Se poi venissero chiusi insieme un pezzo di ferro, un po' d'acqua e dell'idrogeno in una cisterna alla giusta temperatura, queste reazioni andrebbero avanti e tornerebbero indietro in maniera costante, si raggiungerebbe così un equilibrio, che indichiamo con le doppie frecce:

Fe + H₂O $\leftrightarrows$ FeO + H₂