La chimica parte 5: I composti chimici dai legami alle reazioni ed i primi composti inorganici

Il legame chimico

Un atomo raggiunge la stabilità quando i suoi livelli energetici sono completi.

Solamente i gas nobili hanno questa caratteristica mentre gli altri atomi no, per cui “tendono” a raggiungerla.

Per ottenere la configurazione di un gas nobile gli atomi si combinano tra loro formando le molecole; in questo modo riescono a completare i loro livelli energetici più esterni.

Il legame chimico che si forma tra due atomi è di due tipi:

• uno dei due atomi cede il propri elettroni più esterni e l’altro li acquista (legame ionico);
• gli elettroni più esterni vengono condivisi tra i due atomi (legame covalente);

Legame Ionico

Nel legame ionico l’atomo donatore, generalmente, possiede pochi elettroni nell’ultimo livello per cui per ottenere la configurazione di un gas nobile tende a perdere i pochi elettroni piuttosto che acquistarli mentre all’atomo accettore mancano pochi elettroni per ottenere la stabilità.

In questo modo in ciascuno dei due atomi si crea uno squilibrio di cariche elettriche: il donatore cedendo i propri elettroni acquista una carica positiva (si dice che è uno ione positivo) in quanto il numero di protoni (+) diventa maggiore di quello degli elettroni (-); viceversa l’accettore acquista una carica negativa (ione negativo) in quanto il numero di elettroni supera quello dei protoni.

I due atomi si attraggono formando la molecola.

Un esempio di questo tipo di legame si ha nel cloruro di sodio.

Legame covalente

Nel legame covalente gli elettroni vengono condivisi tra i due atomi permettendo ad ognuno di completare il livello energetico più esterno senza cedere o acquistare elettroni. Un esempio è dato dalla molecola di idrogeno (H2) formata dell’unione di due atomi di idrogeno o da quella dell’ossigeno (O2).

Le reazioni chimiche

Una reazione chimica è il processo attraverso il quale due o più sostanze (dette reagenti) si combinano tra loro per dare origine ad altre sostanze (i prodotti) con caratteristiche chimiche diverse.

In una reazione chimica viene deve essere rispettata la legge della conservazione della materia e quella delle proporzioni definite.

Per rappresentare una reazione si usano le equazioni chimiche che vengono costruite mettendo a sinistra i reagenti e a destra, collegati con una freccia, i prodotti. Sia i reagenti che i prodotti vengono rappresentati attraverso i loro simboli chimici:

Na +Cl = NaCl

Na e Cl che rappresentano, rispettivamente il sodio e il cloro, sono i reagenti, NaCl (cloruro di sodio) il prodotto.

Una reazione chimica deve essere bilanciata, per rispettare la legge della conservazione della massa. Vediamo per esempio come si descrive, usando le equazioni chimiche, la formazione della ruggine in cui il ferro (Fe) reagisce con l’ossigeno (O) (reagenti) per dare l’ossido di ferro (Fe2O3) (prodotto).

L’equazione chimica che rappresenta la reazione viene costruita in questo modo:

Fe + O2 = Fe2O3

L’ossigeno viene indicato con O2 perché in natura si trova sotto forma molecolare (la molecola è formata da due atomi di ossigeno). L’equazione, così come è scritta, non rispetta la legge di Lavoisier per cui occorre bilanciarla (a sinistra della freccia ci sono 1 atomo di Fe e due di O mentre a destra sono presenti 2 atomi di Fe e 3 di O).

Fe + 3O2 = 2Fe2O3

Se scrivo 3 davanti a O2 indicando così che alla reazione partecipano tre molecole di ossigeno (6 atomi di ossigeno) e scrivo 2 davanti alla formula dell’ossido di ferro per indicare che vengono prodotte 2 molecole di Fe2O3, gli atomi di ossigeno a destra diventano 2 ´ 3 = 6. In questo modo ottengo un numero identico di atomi di O a sinistra e a destra della freccia.

4Fe + 3O2 = 2Fe2O3

Per bilanciare il Fe basta scrivere 4 davanti al simbolo nella parte sinistra dell’equazione in quanto a destra sono presenti 2 ´ 2 = 4 atomi di ferro.

I numeri messi davanti i simboli chimici o alla formule vengono detti coefficienti di reazione e indicano quanti atomi o molecole devono essere presenti perché la reazione avvenga.

I composti inorganici

Gli elementi della tavola periodica si dividono in metalli e non metalli ed entrambi reagiscono con l’ossigeno per dare origine a due tipi di composti: gli ossidi e le anidridi.

Gli ossidi si formano combinando un metallo con l’ossigeno mentre le anidridi si formano dalla reazione di un non metallo con l’ossigeno.

Un ossido che si combina con l’acqua da origine ad un idrossido o base mentre un’anidride, reagendo con l’acqua forma un acido.

Un acido si può combinare con una base dando origine ad un sale.