Una reazione di decomposizione è un tipo di reazione chimica in cui un composto viene scomposto in componenti più semplici. È l’opposto della sintesi chimica, in cui elementi o composti relativamente semplici si combinano per produrne uno più complesso. Poiché una reazione di decomposizione comporta la rottura di legami chimici, richiede l’aggiunta di energia; questo può provenire da calore, corrente elettrica o altre fonti. A volte, un catalizzatore accelererà la reazione o consentirà che avvenga a una temperatura più bassa. Queste reazioni sono utilizzate industrialmente nella produzione di alcuni elementi, soprattutto metalli reattivi, e in laboratorio per l’analisi dei campioni.
Decomposizione per calore
Il calore è comunemente usato per provocare una reazione di decomposizione. Quando un composto si riscalda, i suoi atomi si muovono più vigorosamente e questo movimento può rompere i legami chimici. Ad esempio, se il carbonato di calcio (CaCO3) è fortemente riscaldato, si decompone in ossido di calcio (CaO) e anidride carbonica (CO2). La temperatura richiesta per decomporre un composto dipende dalla forza dei legami che lo tengono insieme. In questo esempio, il carbonato di calcio perde un atomo di carbonio e due atomi di ossigeno come CO2, ma il calcio trattiene un atomo di ossigeno perché il legame calcio-ossigeno è molto forte e non può essere rotto riscaldando a qualsiasi temperatura facilmente raggiungibile.
Gli elementi più reattivi tendono a formare legami più forti e sono, quindi, più difficili da separare dai loro composti. In contrasto con l’esempio precedente, gli ossidi di metalli meno reattivi, come argento e mercurio, possono essere decomposti mediante riscaldamento relativamente moderato, rilasciando ossigeno e lasciando il metallo puro. I metalli altamente reattivi, come sodio e potassio, non possono essere separati dai loro composti mediante il solo riscaldamento.
Elettrolisi
Allo stato liquido, gli elementi possono essere separati da un composto mediante l’applicazione di una corrente elettrica continua in un processo noto come elettrolisi. La corrente scorre attraverso gli elettrodi, che sono posti nel liquido. Gli elettroni con carica negativa fluiscono in un elettrodo, noto come catodo, e fuori dall’altro, noto come anodo. Il catodo ha quindi una carica negativa e l’anodo una carica positiva. Gli ioni nel liquido si muovono verso l’elettrodo di carica opposta, permettendo alla corrente di fluire.
Un esempio è la decomposizione dell’acqua in idrogeno e ossigeno mediante elettrolisi. L’acqua pura è un pessimo conduttore, ma l’introduzione anche di una piccolissima quantità di un composto ionico, come il solfato di sodio, ne migliora notevolmente la conduttività e consente l’elettrolisi. Al catodo, l’acqua (H2O) viene scissa in idrogeno gassoso (H2) e ioni idrossido (OH-), che sono attratti dall’anodo caricato positivamente. All’anodo, l’acqua viene scissa in gas ossigeno e ioni idrogeno (H+), che vengono attratti dal catodo.
altri fattori
In alcuni composti, l’energia necessaria per la decomposizione è piccola e può essere fornita da uno shock minore, come un impatto fisico. Uno di questi composti è l’azoturo di piombo (Pb(N3)2), che si decompone in modo esplosivo in piombo e azoto se sottoposto a un impatto piuttosto ridotto. La sodio azide è un composto simile, ma leggermente meno sensibile, utilizzato per gonfiare gli airbag delle auto in caso di collisione.
La luce può causare la decomposizione di alcuni composti. Ad esempio, il cloruro d’argento viene convertito in gas d’argento e cloro all’esposizione alla luce. Questo fenomeno è stato cruciale per lo sviluppo della fotografia.
catalizzatori
In molti casi, una reazione di decomposizione può essere sollecitata o accelerata dall’uso di un catalizzatore. Queste sostanze non prendono parte alla reazione, e sono quindi da essa inalterate, ma favoriscono lo svolgimento della reazione. Un buon esempio è la decomposizione di soluzioni diluite di perossido di idrogeno (H2O2) in acqua e ossigeno. Questa reazione può essere promossa dall’aggiunta di biossido di manganese in polvere, che funge da catalizzatore per produrre ossigeno gassoso.
si utilizza
La decomposizione termica viene utilizzata nella produzione industriale di calce viva per la produzione di cemento e vari altri scopi. L’elettrolisi viene utilizzata nella produzione di metalli reattivi. Ad esempio, il sodio è prodotto dall’elettrolisi del sale fuso (cloruro di sodio). Questo produce anche cloro gassoso, che ha molti usi industriali, sebbene la maggior parte del cloro sia prodotta dall’elettrolisi di soluzioni saline in acqua. Le reazioni di decomposizione che comportano l’elettrolisi sono anche utilizzate per rendere l’elemento estremamente reattivo fluoro e come un modo “pulito” di generare idrogeno per il carburante.
Ci sono alcune applicazioni scientifiche che dipendono dalle reazioni di decomposizione per analizzare i materiali. Nella spettrometria di massa, ad esempio, un piccolo campione del materiale di interesse viene suddiviso in ioni, che vengono separati in base alle loro cariche e masse. La composizione del materiale può quindi essere determinata.