Che cos'è una reazione chimica?

Una molecola di metano e due molecole di ossigeno diventano una molecola di diossido di carbonio e due molecole d'acqua, senza perdere neppure un atomo.

Accendi un fornello a gas e compare una fiamma azzurra. Sembra che entrino soltanto gas e aria e che ne esca solo calore. Eppure qualcosa è cambiato completamente. Il metano del gas e l'ossigeno dell'aria sono scomparsi, sostituiti da diossido di carbonio e vapore acqueo. È una reazione chimica: le sostanze si trasformano in altre sostanze perché i loro atomi rompono vecchi legami e ne formano di nuovi.

Trasformazioni chimiche e fisiche

Fai fondere un cubetto di ghiaccio: è ancora acqua. Sciogli zucchero nel tè: le molecole restano di zucchero, solo più disperse. Sono trasformazioni fisiche: cambia l'aspetto della sostanza, ma le molecole restano le stesse. Una trasformazione chimica produce sempre materia diversa da quella iniziale. La ruggine è una sostanza diversa dal ferro, dall'ossigeno e dall'acqua da cui deriva. Bruciare, cuocere, digerire e far marcire il cibo sono tutte trasformazioni chimiche, perché ogni volta si formano nuove sostanze.

Di solito non puoi vedere gli atomi riordinarsi, quindi i chimici cercano indizi. Compare un gas prima assente, come nelle bolle di bicarbonato e aceto. Cambia il colore, come quando un filo di rame immerso in una soluzione di nitrato d'argento colora il liquido di blu e si ricopre di cristalli grigi d'argento. Mescolando due soluzioni limpide si forma un solido: nitrato di piombo e ioduro di potassio danno un solido giallo vivo chiamato precipitato. Si liberano calore o luce, come in una fiamma, oppure si assorbono calore o luce. Nessun indizio, da solo, dimostra una reazione, perché anche l'acqua che bolle produce bolle; insieme, però, sono una buona guida.

Leggere un'equazione chimica

I chimici scrivono le reazioni sotto forma di equazioni. Le sostanze iniziali, i reagenti, vanno a sinistra. Le sostanze che si formano, i prodotti, vanno a destra. Una freccia collega i due lati e i segni più separano le sostanze da ciascun lato. Per la combustione del metano l'equazione è CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O. I numeri piccoli nella formula sono gli indici e indicano di quale sostanza si tratta: H₂O contiene due atomi di idrogeno e uno di ossigeno. I numeri grandi davanti alle formule sono i coefficienti e indicano quante unità di ogni sostanza partecipano. Il coefficiente 1 si omette.

I coefficienti esprimono rapporti, non conteggi esatti. CH₄ + 2O₂ significa una molecola di metano ogni due di ossigeno, quindi 3 molecole di metano richiedono 6 molecole di ossigeno e una mole di metano richiede due moli di ossigeno. Spesso si aggiungono lettere tra parentesi per indicare lo stato delle sostanze: (s) per solido, (l) per liquido, (g) per gas e (aq) per una sostanza disciolta in acqua. L'equazione del metano diventa quindi CH₄(g) + 2O₂(g) → CO₂(g) + 2H₂O(l) se l'acqua viene raffreddata fino allo stato liquido.

Usa il laboratorio qui sopra per confrontare alcune reazioni. Ciascuna conserva tutti gli atomi iniziali. Ferro e ossigeno formano ossido di ferro(III), il principale componente della ruggine. Il carbonato di calcio, il minerale del calcare, si decompone in ossido di calcio e diossido di carbonio se riscaldato intensamente. In ogni caso le barre degli atomi nei reagenti e nei prodotti coincidono: è la regola della prossima unità.