Reagenti chimici: la chiave per le reazioni e la scoperta scientifica

I reagenti chimici sono sostanze utilizzate nelle reazioni chimiche per convertire o trasformare altre sostanze interagendo con esse. Possono essere utilizzati per avviare, promuovere o accelerare una reazione, influenzando il suo percorso e il prodotto di reazione e per determinare la presenza o la quantità di una sostanza chimica, per sintetizzare nuovi composti o per modificare le proprietà di un materiale.

La relazione tra reagenti chimici e prodotti in una reazione può essere rappresentata da un’equazione chimica che ha questa forma generale:
reagenti → prodotti

I reagenti chimici subiscono un cambiamento chimico che si verifica con la rottura di legami e la formazione di nuovi legami nei prodotti di reazione. Affinché avvenga una reazione è necessario che i reagenti collidano dopo l’urto delle molecole con una certa energia detta energia di attivazione e con un’opportuna orientazione.

Infatti affinché l’urto sia efficace è necessario che la collisione tra le molecole che reagiscono deve avvenire secondo una data orientazione e, pur tra molecole attivate, le collisioni possono avere una piccola probabilità di essere efficaci.

La teoria delle collisioni prevede quindi che la rottura di legami preesistenti e la formazione di nuovi legami avvenga a seguito dell’urto di due o più molecole aventi un’energia superiore a un dato valore minimo e con un’opportuna orientazione.

Categorie di reagenti chimici

Possono essere suddivisi in diverse categorie in base al loro utilizzo o alle loro proprietà. Vi sono pertanto reagenti chimici utilizzati per:

• l’analisi chimica e la determinazione delle proprietà di una sostanza. Esempi comuni includono acidi, basi, sali, indicatori di pH.
• sintetizzare nuovi composti chimici. Tipici esempi sono sostanze organiche come alcheni, alcoli, aldeidi, chetoni, ammidi, acidi carbossilici, esteri, ammine.
• reazioni di ossidoriduzione, in cui avviene un trasferimento di elettroni tra reagenti. Gli esempi includono agenti ossidanti come permanganato di potassio, bicromato di potassio e riducenti come zinco, litio alluminio idruro, diborano, reattivi di Grignard.
• ottenere precipitati poco solubili durante una reazione di precipitazione. Ad esempio, il cloruro di bario può essere utilizzato per precipitare ioni solfato per ottenere il solfato di bario.
• neutralizzare acidi o basi in una reazione di neutralizzazione. Ad esempio, l’idrossido di sodio può essere utilizzato per neutralizzare l’acido cloridrico.
• purificare una sostanza chimica rimuovendo impurità indesiderate. Esempi comuni sono sostanze quali solventi e agenti di nucleazione che favoriscono la cristallizzazione.

Catalizzatori 

I catalizzatori sono specie che accelerano il decorso di una reazione abbassandone l’energia di attivazione. Essi prendono parte alla reazione ma, si trovano tal quali alla fine della reazione stessa.

Esempi si catalizzatori sono i complessi di metalli di transizione come complessi di palladio, platino o rutenio utilizzati come reagenti catalitici per una vasta gamma di reazioni nella sintesi organica come l’idrogenazione, l’ossidazione e l’accoppiamento cross-coupling che comporta la formazione di un legame C-C dall’unione di due gruppi alchilici e arilici.

Tra i catalizzatori biologici vi sono gli enzimi che sono molecole proteiche specificatamente destinate ad accelerare la velocità di reazione di un particolare substrato.

Sono altamente selettivi e utilizzati in numerose reazioni biochimiche, come la sintesi di molecole complesse, la trasformazione di substrati specifici.
Sono suddivisi in sei classi principali a loro volta suddivise in sottoclassi secondo il tipo di reazione catalizzata.

Ad esempio, le ossidoreduttasi catalizzano le reazioni di ossidoriduzione mentre  le transferasi servono a trasferire gruppi molecolari.

Reagenti chimici e sintesi sostenibile

La transizione energetica ha come obiettivo la riduzione delle emissioni di gas serra, per mitigare i cambiamenti climatici, promuovendo al contempo una maggiore sicurezza energetica e la creazione di nuove opportunità economiche.

La sintesi sostenibile è un approccio che mira a minimizzare l’impatto ambientale e massimizzare l’efficienza nella produzione di sostanze chimiche. Ciò implica l’utilizzo di reagenti chimici e processi che sono ecologicamente sostenibili.

Un esempio è costituito da specie provenienti da fonti rinnovabili derivanti da biomasse, come oli vegetali o zuccheri. Il loro uso, al posto di quelli derivanti dal petrolio o da fonti non rinnovabili può contribuire a ridurre l’impatto ambientale complessivo.

Si preferiscono reagenti che generano meno rifiuti o che producono prodotti di scarto meno tossici.
Particolare interesse è rivolto ai solventi ecocompatibili progettati per essere meno dannosi per l’ambiente e per la salute umana rispetto ai solventi tradizionali.

Questi solventi possono essere ottenuti da fonti come gli oli vegetali o i prodotti di scarto dell’industria agroalimentare. Ad esempio, l’etanolo derivato dalla fermentazione di biomasse, può essere utilizzato come solvente ecocompatibile.

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