Le reazioni chimiche e bilanciamento: per test di ingresso

Capita spesso di imbattersi in domande che chiedono cosa sia una reazione chimica, come si bilanci un’equazione e quali siano le tipologie più frequenti di trasformazioni.

In varie prove di ingresso, viene richiesto di riconoscere equazioni non bilanciate, di completarle oppure di classificarle secondo diverse categorie.

Oggi viene illustrato ciò che serve per rispondere con sicurezza, senza imparare ogni dettaglio a memoria ma comprendendo criteri e regole di base.

Che cos’è una reazione chimica

Una reazione chimica implica la modifica dei legami tra gli atomi: alcune sostanze, dette reagenti, si trasformano in altre sostanze, dette prodotti, con relativo scambio di energia (calore, luce o altra forma). Nelle equazioni chimiche, si scrivono i reagenti a sinistra di una freccia e i prodotti a destra. Per esempio:

A + B → C + D

I numeri che precedono le formule chimiche (detti coefficienti stechiometrici) specificano quante unità di ogni sostanza partecipano alla reazione. Accanto alle formule si possono indicare anche gli stati fisici:

• (g) per sostanze gassose,
• (l) per liquidi,
• (s) per solidi,
• (aq) per soluzioni acquose.

Si distinguono reazioni omogenee quando i reagenti sono nella stessa fase (ad esempio tutti in soluzione acquosa) e reazioni eterogenee quando sono in fasi diverse (un solido reagisce con un gas, un solido reagisce in una soluzione liquida, ecc.).

Come bilanciare un’equazione chimica

Le leggi fondamentali della chimica prevedono che la massa dei reagenti risulti uguale alla massa dei prodotti, rispettando il principio di conservazione degli atomi.

Per ottenere un’equazione chimica corretta, occorre assicurarsi che ogni elemento chimico compaia in ugual numero di atomi tra reagenti e prodotti. L’operazione si chiama bilanciamento.

Un caso tipico:
Non bilanciata:
H₂ + O₂ → H₂O

Bilanciata:
2 H₂ + O₂ → 2 H₂O

Il bilanciamento si esegue applicando coefficenti interi (i più piccoli possibili) davanti alle formule. Una strategia è verificare prima gli elementi che compaiono in minor numero di composti, lasciando ossigeno e idrogeno per ultimi, poiché spesso si trovano in più specie chimiche.

Se in una reazione compaiono ioni poliatomici (come SO₄²⁻, NO₃⁻ o PO₄³⁻) presenti sia fra i reagenti sia fra i prodotti, conviene trattarli come blocchi unici da equilibrare su entrambi i lati.

Principali categorie di reazioni chimiche

Nei test, una stessa reazione può essere inquadrata in più modi, ma di solito si chiedono definizioni standard. Ecco i tipi più comuni, con esempi nuovi e stati fisici indicati tra parentesi.

Reazione di sintesi (o combinazione)

Due o più sostanze si uniscono per formare un unico composto:
K (s) + Cl₂ (g) → KCl (s)

Reazione di decomposizione

Un composto singolo si scinde in due o più sostanze:
2 H₂O₂ (l) → 2 H₂O (l) + O₂ (g)

Reazione di dissociazione

Un composto ionico si spezza in ioni:
AlCl₃ (s) → Al³⁺ (aq) + 3 Cl⁻ (aq)

Reazione di ionizzazione

Un composto molecolare genera ioni in presenza di acqua:
HF (g) + H₂O (l) → F⁻ (aq) + H₃O⁺ (aq)

Reazione di spostamento (o sostituzione)

Un elemento “ruba” il posto ad un altro in un composto:
Zn (s) + 2 HBr (aq) → ZnBr₂ (aq) + H₂ (g)

Reazione di doppio scambio (o metatesi)

Due composti si scambiano fra loro ioni:
AgNO₃ (aq) + KCl (aq) → AgCl (s) + KNO₃ (aq)

Queste reazioni avvengono spesso se si forma una sostanza poco solubile, un gas o un elettrolita debole che si separa dalla soluzione.

Reazione di neutralizzazione

Un acido reagisce con una base, generando un sale e acqua:
H₂SO₄ (aq) + 2 KOH (aq) → K₂SO₄ (aq) + 2 H₂O (l)

Reazione di condensazione

Due specie organiche si uniscono, liberando una molecola (spesso acqua):
R–COOH (l) + R'–OH (l) → R–COOR' (l) + H₂O (l)

Reazione di idrolisi

Una molecola si rompe a seguito dell’ingresso di acqua:
R–COOR' (l) + H₂O (l) → R–COOH (l) + R'–OH (l)

Reazione di addizione

Tipica dei composti organici insaturi, dove una molecola si aggiunge a un doppio o triplo legame:
CH₂=CH₂ (g) + Cl₂ (g) → CH₂Cl–CH₂Cl (l)

Reazione di ossidoriduzione (redox)

Gli elettroni vengono trasferiti da un elemento a un altro, modificando il loro stato di ossidazione:
Fe₂O₃ (s) + 3 CO (g) → 2 Fe (s) + 3 CO₂ (g)

Reazione di combustione

È un caso particolare di redox in cui un combustibile reagisce con un comburente (spesso O₂), liberando energia:
C₂H₆ (g) + 3½ O₂ (g) → 2 CO₂ (g) + 3 H₂O (l) + calore

Le reazioni di combustione coinvolgono idrocarburi, alcoli, o altre sostanze che bruciano in presenza di un agente ossidante, producendo calore e, nella maggior parte dei casi, anidride carbonica e vapore acqueo.

Riepilogo pratico per i quiz

Nei test a crocette, è frequente:

• Bilanciare velocemente l’equazione indicata.
• Riconoscere il tipo di reazione.
• Stabilire se una reazione appartiene a più categorie (ad esempio, una sintesi redox).
• Individuare i prodotti finali se viene specificata una tipologia di trasformazione.

Sapere in anticipo queste regole semplifica la risoluzione degli esercizi.

Per ricordare serve pratica!

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