REAZIONI CHIMICHE E BILANCIAMENTO

Se fumiamo una sigaretta, osserviamo che questa lentamente si trasforma in fumo e cenere: siamo in presenza di una “reazione chimica”, cioè di una trasformazione della materia da uno stato iniziale ad uno stato completamente diverso.
L’esempio che abbiamo scelto è una reazione chimica irreversibile, cioè non può avvenire in senso inverso: dal fumo e dalla cenere non potrò mai ricostruire la sigaretta.
In una reazione chimica le sostanze iniziali vengono chiamate “reagenti”, mentre le sostanze che si ottengono dopo la trasformazione vengono chiamate “prodotti della reazione” o, più semplicemente “prodotti”.
Talvolta le reazioni chimiche sviluppano calore ed in tal caso vengono chiamate esotermiche.
Se ad esempio, mettiamo in una provetta dei granuli di zinco con acido cloridrico, osserviamo lo sviluppo di bollicine di gas (è idrogeno) e la formazione di un sale (il cloruro di zinco) e, se teniamo la provetta in mano, osserviamo che questa si riscalda, in quanto la reazione chimica ha sviluppato calore.
Altre reazioni chimiche avvengono con assorbimento di calore, cioè il sistema si raffredda, ed in tal caso le chiamiamo endotermiche.
Le reazioni chimiche sono caratterizzate anche dalla “velocità di reazione”: esistono reazioni che avvengono istantaneamente e reazioni lente o lentissime (per esempio la trasformazione del ferro in ruggine).

BILANCAMENTO DI UNA REAZIONE CHIMICA:
Quando scriviamo una reazione chimica usando le formule, dobbiamo scriverle in modo che tutti i singoli atomi che c’erano prima della reazione, ci saranno anche dopo la reazione !
Consideriamo ad esempio la combustione completa del carbonio, nella quale il carbonio reagisce con l’ossigeno generando anidride carbonica (non dimentichiamo che l’ossigeno ha la molecola biatomica):
C + O2  =  CO2
I reagenti sono C ed O2, mentre l’unico prodotto è CO2.
Notiamo che tra i reagenti abbiamo un atomo di carbonio e due di ossigeno e così pure tra i prodotti, quindi la reazione è scritta correttamente o, come si dice, è già bilanciata.
Se, dopo aver scritto correttamente una reazione chimica in formule, notiamo che questa non è bilanciata, dobbiamo procedere in questo modo:
1) partendo da sinistra, bilanciamo prima tutti gli elementi che non sono ne idrogeno ne ossigeno.
2) bilanciamo l’idrogeno.
3) bilanciamo l’ossigeno.

Consideriamo ad esempio la reazione di sintesi dell’ammoniaca, nella quale azoto (N2) ed Idrogeno (H2) reagiscono per dare appunto l’ammoniaca (NH3):

N2 + H2  =  NH3

Notiamo subito che la reazione non è bilanciata, infatti, tra i reagenti, abbiamo due atomi di azoto e due di idrogeno e tra i prodotti uno di azoto e tre di idrogeno (un atomo di azoto sarebbe scomparso ed uno di idrogeno sarebbe apparso dal nulla !).
La reazione, pur essendo scritta correttamente qualitativamente, va però bilanciata.
Bilanciamo prima l’azoto: dato che tra i prodotti ve ne sono due atomi e tra i reagenti uno solo, dobbiamo moltiplicare per due NH3:

N2 + H2  =  2NH3

Passiamo all’idrogeno:
Tra i reagenti ne abbiamo due atomi e tra i prodotti sei (due volte tre), per cui dovremo moltiplicare H2 per tre:

N2 + 3H2  =  2NH3

Abbiamo terminato perchè in questa reazione non c’è ossigeno ed infatti la reazione è bilanciata.
Con questo semplice procedimento siamo riusciti a scrivere ciò che avviene realmente:
Una molecola di azoto più tre molecole di idrogeno danno due molecole di ammoniaca.

Facciamo un altro esempio un po’ più complesso: bilanciamo la reazione di combustione completa del butano, nella quale il butano (C4H10) reagisce con l’ossigeno (O2) per dare acqua (H2O) ed anidride carbonica (CO2):

C4H10 + O2  =  H2O + CO2

Si vede subito che la reazione non è bilanciata.
Bilanciamo il carbonio (abbiamo quattro atomi a sinistra ed uno solo a destra):

C4H10 + O2  =  H2O + 4CO2

Bilanciamo l’idrogeno (abbiamo dieci atomi a sinistra e due a destra):

C4H10 + O2  =  5H2O + 4CO2

Bilanciamo l’ossigeno (abbiamo 5 + 4×2 = 13 atomi di ossigeno tra i prodotti e 2 tra i reagenti):

C4H10 + 6,5O2  = 5H2O + 4CO2

Per ottenere numeri interi di molecole, moltiplichiamo per due tutti i termini della reazione:

2C4H10 + 13O2  = 10H2O + 8CO2

Che si legge:
Due molecole di butano reagiscono con 13 molecole di ossigeno per dare dieci molecole di acqua ed otto molecole di anidride carbonica.

Facciamo un ultimo esempio.
Si voglia bilanciare la reazione chimica:
acido fosforico + idrossido di calcio =  fosfato di calcio + acqua

H3PO4 + Ca(OH)2  =  Ca3(PO4)2 + H2O

Bilanciamo il fosforo (abbiamo due atomi a destra ed uno solo a sinistra):

2H3PO4 + Ca(OH)2  =  Ca3(PO4)2 + H2O

Bilanciamo il calcio (abbiamo tre atomi a destra ed uno solo a sinistra):

2H3PO4 + 3Ca(OH)2  =  Ca3(PO4)2 + H2O

Bilanciamo l’idrogeno (abbiamo 2×3 + 3×2 = 12 atomi a sinistra e 2 a destra):

2H3PO4 + 3Ca(OH)2  =  Ca3(PO4)2 + 6H2O

Notiamo che l’ossigeno risulta già bilanciato (14 atomi a sinistra e 14 atomi a destra).
La reazione è dunque correttamente bilanciata e la leggeremo così:
Due molecole di acido fosforico reagiscono con tre molecole di idrossido di calcio per dare una molecola di fosfato di calcio più sei molecole di acqua.

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