Le reazioni chimiche e le loro leggi fondamentali

Le trasformazioni della materia

La materia può subire delle trasformazioni che riguardano solo il suo aspetto, come ad esempio nei passaggi di stato. Esistono delle trasformazioni che, invece, comportano una variazione della natura delle sostanze, cioè alla fine della trasformazione appaiono delle sostanze diverse. Possiamo distinguere:

trasformazioni fisiche, in cui la natura delle sostanze non varia;
trasformazioni chimiche o reazioni chimiche, in cui la natura delle sostanze cambia.

Le reazioni chimiche

In una reazione chimica le sostanze di partenza si trasformano in sostanze diverse.

Le sostanze di partenza sono dette reagenti, le sostanze che si ottengono sono dette prodotti. Una reazione chimica viene schematizzata attraverso un'equazione chimica. In un'equazione chimica si riportano le formule dei reagenti a sinistra, separate da una freccia dalle formule dei prodotti a destra. Si consideri, ad esempio, il caso della reazione di combustione del metano.

REAGENTI		PRODOTTI
$CH_{4(g)}+2O_{2(g)}$	$\to$	$CO_{2(g)}+2H_2O_{(g)}$

Scienze; Atomi, legami e reazioni; 2a media; Le reazioni chimiche e le loro leggi fondamentali

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In una reazione chimica le sostanze di partenza si combinano in maniera diversa, dando origine ai composti.

I numeri davanti alle formule indicano quante molecole di un composto prendono parte alla reazione e sono detti coefficienti di reazione.

La freccia indica il senso in cui avviene la reazione.

Si può indicare lo stato di aggregazione del composto che partecipa alla reazione, riportandolo in basso a destra della formula: gassoso (g), liquido (l) o solido (s).

A volte è possibile riconoscere il tipo di trasformazione osservandone il decorso. Durante una trasformazione chimica si formano delle nuove sostanze che possono manifestarsi attraverso:

un cambiamento di colore;
la trasformazione di un liquido in bollicine (formazione di una specie gassosa);
la formazione di un solido;
un cambiamento di temperatura.

Le leggi fondamentali delle reazioni chimiche

Le leggi fondamentali delle reazioni chimiche sono due:

Legge di conservazione della massa o legge di Lavoisier	In una reazione chimica la somma delle masse dei reagenti è pari alla somma delle masse dei prodotti.
Legge delle proporzioni definite o legge di Proust	La quantità con cui due elementi si combinano per formare un composto stanno tra loro in un rapporto definito e costante.

La legge di conservazione della massa implica che durante una reazione chimica gli atomi dei reagenti si rimescolino per formare i prodotti.

La legge delle proporzioni definite permette di distinguere un composto da un miscuglio. I miscugli infatti possono formarsi in qualsiasi proporzione al contrario dei composti.

Esempio:

Consideriamo la reazione tra il rame ( $Cu$ ) e lo zolfo ( $S$ ) che reagiscono per formare il solfuro di rame ( $CuS$ ). L'equazione della reazione è la seguente:

$Cu+S\to CuS$

Osserviamo che:

$20g \, di \, Cu +10g\, di \,S \to 30g\,di\,CuS$

dove la massa dei prodotti è pari alla somma delle masse dei reagenti; il rapporto tra le masse dei reagenti è 2:1.

Osserviamo che:

$40g \, di \, Cu +20g\, di \,S \to 60g\,di\,CuS$

se raddoppiamo la massa dei reagenti si ottiene il doppio della massa dei prodotti; il rapporto tra le masse dei reagenti è sempre 2:1.

Osserviamo che:

$30g \, di \, Cu +10g\, di \,S \to 30g\,di\,CuS+10g\,di\,Cu$

La massa dei reagenti è pari alla massa dei prodotti più la massa del rame in eccesso; la quantità di solfuro di rame che si forma rispetta sempre il rapporto 2:1 e il rame in eccesso non reagisce.

La mole

Per esprimere la quantità di sostanze si usa la mole. Una mole rappresenta la quantità di sostanza che contiene un numero fisso di particelle, siano esse atomi, molecole o ioni. Una mole contiene un numero di particelle pari a $6,022\cdot10^{23}$ noto come il numero di Avogadro. È possibile passare dalle moli ai grammi se si conosce la massa atomica (nel caso di un elemento), o la massa molecolare (nel caso di un composto), ed esprimerla in grammi. Ad esempio, una mole di idrogeno corrisponde ad $1g$ di idrogeno perché la massa atomica dell'idrogeno è pari a $1u$ .

Usando le moli come unità di misura, è possibile combinare i reagenti secondo i coefficienti stechiometrici dell'equazione chimica.

Esempio:

 $Cu+S \to CuS$

1 mole di rame reagisce con 1 mole di zolfo per dare una mole di solfuro di zolfo, cioè $63,5g$ di $Cu$ reagiscono con $32g$ di $S$ per dare $95,6g$ di $CuS$ .