Reattività: qualche annotazione

Capita a tutti di reagire in modo diverso a seconda delle persone che incontriamo ogni giorno. 

Trovare una collega simpatica all'arrivo di buon mattino mi ben dispone ad affrontare la giornata di lavoro e mi strappa un sorriso; dover rimproverare un alunno supponente scatena la mia collera, la manifestazione della quale si limita di solito a qualche celebre urlata; ritrovare un compagno del liceo di certo non suscita in me nessuna nostalgia di quell'esperienza ormai lontana, mentre ricevo sempre volentieri qualche notizia degli amici dei tempi dell'università.

Al di là dei sentimenti e delle esperienze personali di ciascuno, la parola chiave di questo pensiero iniziale è "reagire". Che cosa significa? Perché siamo più "affini" a certe situazioni e meno ad altre? Per quanto riguarda la psicologia, lascio la risposta agli esperti - io non lo sono e passo oltre.

In chimica, il concetto di affinità fu introdotto da Torbern Olof Bergman (1735–1784) un mineralogista svedese che, nel 1775, pubblicò una "Dissertazione sulle attrazioni elettive": una raccolta di ampie tabelle che prevedevano le reazioni tra sostanze, classificando le forze di combinazione e utilizzando un sistema notazionale pionieristico (quello attuale lo dobbiamo in gran parte al suo conterraneo Berzelius). 

Bergman ha classificato le reazioni chimiche in base alle "affinità elettive", distinguendo tra affinità per via umida (in soluzione) e per via secca (a caldo): un'idea che ancora oggi è alla base della classificazione dei saggi analitici tradizionali, sia qualitativi sia quantitativi.

Fu tra i primi a utilizzare un sistema di simboli per rappresentare le sostanze chimiche e le loro reazioni.

Il suo contributo aiutò a trasformare la chimica da un'arte empirica a una scienza quantitativa, permettendo di prevedere se una reazione sarebbe avvenuta o meno. 

Il concetto di affinità ispirò Goethe (1749-1832) per uno dei suoi romanzi più celebri, intitolato appunto "Le affinità elettive" (1809).

Oggi il concetto di affinità è stato sostituito da quello di reattività chimica, che esprime la tendenza di una sostanza a subire una trasformazione chimica, sia da sola sia in combinazione con altre sostanze, per formare sostanze nuove.

In parole semplici, la reattività potrebbe essere pensata come la misura di quanto "facilmente" si rompono i legami tra gli atomi che formano una molecola per formarne di nuovi.

1. Perché le sostanze reagiscono?

Tutto in natura tende verso lo stato di minore energia possibile e di massima stabilità. La reattività è guidata da due fattori principali:

• Stabilità Elettronica: gli atomi tendono a completare il loro livello energetico più esterno trasferendo o condividendo elettroni (ricordate la regola dell'ottetto?). Ad esempio, il sodio è molto reattivo perché cede l'elettrone del livello energetico più esterno, mentre il cloro è reattivo perché ne cerca disperatamente uno.
• Termodinamica: una reazione avviene se il prodotto finale è più stabile (ha meno energia) dei reagenti iniziali. La reazione tra sodio e cloro libera energia e si forma il cloruro di sodio, un composto più stabile dei due elementi che lo formano presi singolarmente.

La reazione del sodio con il cloro libera energia sotto forma di luce e di calore.

2. Fattori che influenzano la Reattività

Non basta che due sostanze possano reagire; spesso devono verificarsi condizioni specifiche affinché la reazione avvenga, che permettono al chimico di governare la reazione: stato di suddivisione delle sostanze reagenti, concentrazione, temperatura (empiricamente, ogni 10°C, la velocità raddoppia), catalizzatori.

Spesso due sostanze solubili reagiscono facilmente in soluzione: la driving force è rappresentata dalla formazione di un prodotto insolubile (precipitato: consultare la tabella delle solubilità sopra riportata) o dalla liberazione di un prodotto gassoso (idrogeno, ossigeno, cloro, ammoniaca, acido solfidrico, anidride carbonica, anidride solforosa, etc).

Lo sviluppo di CO2 in un laboratorio scolastico.

3. La "Scintilla": L'Energia di Attivazione (EA)

Anche se una reazione è teoricamente possibile, ha spesso bisogno di una spinta iniziale chiamata Energia di Attivazione.

Un pezzo di legno non prende fuoco da solo nell'aria, nonostante l'ossigeno sia un forte comburente. Ha bisogno del calore di una fiamma per superare la barriera energetica iniziale.

Non basta aprire il rubinetto del gas per accendere la fiamma di un fornello: è necessario innescare la combustione con una scintilla o con un cerino acceso.

4. Reattività degli elementi nella Tavola Periodica

La posizione di un elemento ci dice molto sulla sua tendenza a reagire:

• Metalli Alcalini (Gruppo 1, prima colonna a sinistra): estremamente reattivi (es. Potassio), reagiscono violentemente anche con l'acqua e per questo sono conservati in olio di paraffina.
• Alogeni (Gruppo 17, penultima colonna a destra): non metalli molto reattivi (es. Cloro), eccellenti ossidanti.
• Gas Nobili (Gruppo 18, ultima colonna a destra): praticamente inerti; hanno già una configurazione elettronica completa e non reagiscono se non in drastiche condizioni.

5. Reattività vs Stabilità

È importante non confondere i termini "reattivo" e "stabile", che non sono sinonimi. 

• Una sostanza instabile può decomporsi spontaneamente (es. nitroglicerina, triioduro di azoto, nitrato di ammonio, acqua ossigenata concentrata).
• Una sostanza reattiva ha bisogno di un partner con cui interagire (es. un acido con una base; un ossidante con un riducente; un metallo con un non metallo).