reazioni di scambio semplice

inserita 11-10-2021

Introduzione

reazioni di scambio semplice o di spostamento

“ Per le reazioni di sintesi consultate i post: reazioni di sintesi (1) e reazioni di sintesi (2)

„

Le reazioni di scambio semplice sono una classe di reazioni nelle quali un elemento "scaccia" un altro elemento da un composto, per il semplice fatto che ha una reattività più alta del primo.

Lo schema di reazione quindi è estremamente semplice e sono facilmente riconoscibili.
Gli elementi che si contendono il posto nel composto possono essere Metalli o non-Metalli.
Comunemente un Metallo scaccia un altro Metallo, un non-Metallo scaccia un altro non-Metallo.
Però un'importante sottoclasse di questo tipo di reazioni comprende quelle in cui metalli scacciano l'Idrogeno dai suoi composti.

Schema di Reazione

Lo schema di reazione è quindi il seguente

E₁ + E₂X --------> E₂ + E₁Y

Nel corso della reazione quindi non si spostano soltanto i 2 elementi ma può cambiare anche la composizione dei gruppi di atomi ai quali si legano. In maniera più semplice la possiamo schematizzare così:

A + BC -----------> AC + B

A e B sono gli elementi che si scambiano di posto e C è il gruppo di atomi che si lega ad essi.

Queste reazioni rientrano nel più ampio campo delle reazioni di ossidoriduzione, per cui per una trattazione esaustiva dell'argomento occorre affrontare lo studio di questa classe di reazioni che si programma nella parte finale del corso di chimica. In questo post ci limitiamo a riconoscere le reazioni di scambio semplice e ad avere un quadro generale del comportamento degli elementi.

Vi riporto una tabella con la reattività dei principali metalli:

NB:
1- L'elemento più reattivo è in grado di "scacciare" il meno reattivo.
2- I metalli del primo e secondo gruppo sono in generale i più reattivi. Molti di loro sono in grado di reagire con l'acqua per formare il loro idrossido e liberare contemporaneamente Idrogeno.
3- L'Idrogeno subisce la reazione di spostamento dagli elementi più reattivi di esso nella scala. Però è da considerare che la sua posizione non è un valore assoluto. Per quanto riguarda i metalli che lo sovrastano nella scala, quelli più prossimi possono spostarlo da alcuni composti e da altri no.

Vediamo ora una panoramica di alcune reazioni di Scambio Semplice:

1- Reazioni di spostamento di un elemento dal proprio ossido:

“ Spostamento del Rame dall'Ossido Rameico „

Questo tipo di reazioni rispettano la scala di reattività.

Per esempio l'Idrogeno, più reattivo, può spostare il Rame dall'Ossido Rameico, e prendere il suo posto nel legame con l'Ossigeno formando Acqua e Rame metallico.
La reazione è catalizzata dal calore.

Questa è l'equazione di reazione bilanciata:

é una reazione di ossidoriduzione.
Il numero di ossidazione dell'idrogeno nell'idrogeno molecolare è 0, quello del Rame nell'Ossido Rameico -2.

Dopo la reazione ogni atomo di idrogeno ha numero di ossidazione +1 mentre il rame metallico, come ogni elemento puro passa a 0. Due elettroni sono passati dall'idrogeno al rame per liberarlo dal legame con l'Ossigeno.

Tutte le reazioni di spostamento di un elemento dal proprio ossido seguono lo stesso schema.
L'elemento reagente che sposta l'altro e ne prende il posto, "dona" alcuni suoi elettroni per liberarlo dal legame con l'Ossigeno.
L'elemento spostato, ovviamente, al termine della reazione raggiunge sempre il numero di Ossidazione Zero.

2- Reazioni di spostamento dell'Idrogeno dai suoi composti:

“ Formazione di Idrogeno Gassoso „

In questo caso quando entrano in gioco gli elementi più reattivi la reazione è altamente favorita, quando entrano in gioco gli elementi mediamente reattivi la reazione può dipendere dal composto in cui è intrappolato l'Idrogeno.
Questo tipo di reazioni liberano sempre Idrogeno allo stato gassoso.
Come tutte le altre sono ossidoriduzioni

Spostamento dell'Idrogeno dall'acqua

Nel caso che entri in azione il Sodio, elemento del primo gruppo, la reazione avviene senza alcun ostacolo e porta alla liberazione dell'Idrogeno gassoso e alla formazione dell'Idrossido di Sodio

Nel caso invece che entri in azione il Nichel, questo elemento non è così reattivo da spostare l'Idrogeno dall'acqua ma abbastanza reattivo da spostare l'Idrogeno dall'acido cloridrico.
Formando Idrogeno gassoso e dicloruro di Nichel

3- Reazioni degli ioni metallici dalle soluzioni dei loro sali:

“ Spostamento di un elemento dal proprio sale „

Anche queste reazioni sono abbastanza prevedibili.
Se il reagente metallico è più reattivo del metallo combinato nel sale lo sposta, altrimenti no.
Quindi basta basarsi sulla scala di reattività per poter fare una previsione sull'andamento della reazione.

In queste reazioni viene semplicemente sostutuito lo ione metallico presente nel sale, per cui l'anione (monoatomico o poliatomico che sia) non partecipa alla reazione di ossidoriduzione, ma si limita ad associarsi al nuovo ione metallico abbandonando il precedente, mantenendo inalterata la sua struttura e la sua composizione.

NB: Queste reazioni sono in soluzione acquosa. I metalli allo stato puro non sono solubili in acqua. Per cui si possono utilizzare queste reazioni per spostare il metallo che si vuole ottenere allo stato puro, come precipitato sul fondo della soluzione acquosa.

Ad esempio posso ottenere l'argento utilizzando il Rame per spostarlo dal Nitrato di Argento (sale molto solubile come tutti i Nitrati)