Chapter 4: Chemical Quantities and Aqueous Reactions

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4.8:

Reazioni chimiche in soluzioni acquose

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Chemical Reactions in Aqueous Solutions

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Molte reazioni chimiche avvengono in soluzioni acquose. Queste reazioni rientrano in tre categorie principali:precipitazione, acido-base e ossidazione-riduzione. In una tipica reazione di precipitazione, cationi e anioni disciolti si uniscono per formare un composto ionico insolubile, che precipita nella soluzione.Per esempio, la reazione fra cloruro di potassio acquoso e nitrato d’argento acquoso porta alla precipitazione di cloruro d’argento insolubile. In una reazione acido-base, l’acido e la base si neutralizzano a vicenda, come quando un protone di un acido e uno ione OH di una base reagiscono formando acqua. I controioni reagiscono tipicamente per formare un sale.Per esempio, il bromuro di idrogeno reagisce con l’idrossido di potassio per dare acqua e bromuro di potassio. In una reazione di ossidoriduzione o redox, gli elettroni vengono trasferiti da un reagente ad un altro. Per esempio, un atomo di potassio perde un elettrone in un atomo di cloro quando si combinano per formare cloruro di potassio.Quando una reazione chimica si verifica in una soluzione acquosa, i solidi molecolari solubili in acqua si dissolvono come molecole intatte, mentre i solidi ionici solubili in acqua esistono come ioni separati. I solidi ionici che sono insolubili in acqua rimangono indisciolti. Durante la scrittura delle equazioni per reazioni che avvengono in soluzione acquosa, è necessario indicare la natura della sostanza disciolta.Considerate la reazione di precipitazione fra nitrato di piombo acquoso e ioduro di sodio acquoso per formare ioduro di piombo solido e nitrato di sodio acquoso. L’equazione bilanciata è chiamata equazione molecolare perché le formule neutre complete dei composti sono scritte come se esistessero come molecole o unità intere in soluzione. I composti ionici solubili in acqua come il nitrato di piombo lo ioduro di sodio e il nitrato di sodio esistono come ioni in soluzione, mentre lo ioduro di piombo insolubile in acqua esiste come solido ionico.L’equazione molecolare può dunque essere riscritta come un’equazione ionica completa, che mostra le specie ioniche solubili come ioni liberi in soluzione. Gli ioni che appaiono in forme identiche su entrambi i lati dell’equazione ionica completa sono chiamati ioni spettatori. L’eliminazione degli ioni spettatori lascia l’equazione ionica netta, un’equazione che include solo gli ioni e le molecole che partecipano effettivamente alla reazione.

4.8:

Reazioni chimiche in soluzioni acquose

Le sostanze chimiche interagiscono in molti modi diversi. Alcune reazioni chimiche mostrano modelli comuni di reattività. A causa del gran numero di reazioni chimiche, diventa necessario classificarle in base ai modelli di interazione osservati.

L’acqua è un buon solvente che può sciogliere molte sostanze. Per questo motivo, molte reazioni chimiche si svolgono nell’acqua. Tali reazioni sono chiamate reazioni acquose. I tre tipi più comuni di reazioni acquose sono precipitazione, base acida e riduzione dell’ossidazione.

Reazioni in soluzioni acquose

Una reazione di precipitazione comporta lo scambio di ioni tra composti ionici in soluzione acquosa per formare un sale insolubile o un precipitato. In una reazione acido-base, un acido reagisce con una base, e i due si neutralizzano a vicenda, producendo sale e acqua. Una reazione di ossidazione-riduzione comporta il trasferimento di elettroni tra specie reagenti. Si dice che il reagente che perde elettroni sia ossidato, e si dice che il reagente che guadagna elettroni sia ridotto.

Equazioni per reazioni acquose

Quando gli ioni sono coinvolti, ci sono vari modi per rappresentare le reazioni che si svolgono nei media acquosi, ognuno con un diverso livello di dettaglio. Per capirlo, prendiamo un esempio di reazione di precipitazione. La reazione è tra soluzioni acquose di composti ionici, come BaCl₂ e AgNO₃. I prodotti della reazione sono acquosi Ba(NO₃)_{2 e} AgCl solido.

Questa equazione bilanciata è chiamata equazione molecolare. Le equazioni molecolari forniscono informazioni stechiometriche per effettuare calcoli quantitativi e aiutano anche a identificare i reagenti utilizzati e i prodotti formati. Tuttavia, le equazioni molecolari non forniscono i dettagli del processo di reazione in soluzione; cioè, non indica le diverse specie ioniche presenti in soluzione.

I composti ionici come BaCl₂, AgNO₃e Ba(NO₃)_{2 sono} solubili in acqua. Si dissolvono dissociando nei loro ioni costituenti e i loro ioni sono omogeneamente dispersi in soluzione.

Poiché AgCl è un sale insolubile, non si dissocia in ioni e rimane in soluzione come solido. Considerando i fattori di cui sopra, una rappresentazione più realistica della reazione sarebbe:

Questa è l’equazione ionica completa in cui tutti gli ioni disciolti sono esplicitamente rappresentati.

Questa equazione ionica completa indica due specie chimiche che sono presenti in forma identica su entrambi i lati, Ba²⁺(aq) e NO₃⁻(aq). Questi sono chiamati ioni spettatore. La presenza di questi ioni è necessaria per mantenere la neutralità della carica. Poiché non sono né chimicamente né fisicamente modificati dal processo, possono essere eliminati dall’equazione.

Questa equazione può essere ulteriormente semplificata per dare:

Questa è l’equazione ionica netta. Indica che il cloruro d’argento massiccio può essere prodotto da cloruro disciolto e ioni d’argento, indipendentemente dalla fonte di questi ioni.

Questo testo è adattato da OpenStax Chemistry 2e, Section 4.1: Writing and Balancing Chemical Equations.

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Chemical Reactions Aqueous Solutions Precipitation Reaction Acid-base Reaction Oxidation-reduction Reaction Insoluble Ionic Compound Proton Hydroxide Ion Water Salt Redox Reaction Electrons Transfer Dissolved Substance Lead (I)