Reazioni di ossidoriduzione

(1)

Le reazioni di ossidoriduzione

Sono reazioni chimiche in cui si ha una forte variazione di carica

nell’intorno di alcuni atomi passando dai reagenti ai prodotti,

generalmente dovuta ad una variazione del tipo di legame:

CH

₄

+ 2O

₂

→ CO

₂

+ 2H

₂

O

Numero o grado di ossidazione: rappresenta la carica reale o

formale che acquista un atomo quando si attribuiscono gli elettroni

di legame all’atomo più elettronegativo

(2)

Valenza

≠

Numero di ossidazione

Elemento Valenza

N.O.

C nel composto CO

2 +2

C nel composto CO

2

4 +4

C nel composto CH

4

4 -4

C nel composto CH

3

OH 4

-2

(3)

Regole per il calcolo del N.O.

1- il grado di ossidazione degli ioni monoatomici nelle sostanze

di tipo ionico è uguale alla carica elettrica dello ione:

Na+ Ca2+ Cl -S --N.O. = +1 N.O. = +2 N.O. = -1 N.O. = -2

2- il numero di ossidazione di una sostanza (molecola, metallo)

allo stato elementare è pari a 0:

(4)

Nei composti:

1- l’ossigeno ha generalmente N.O. pari a –2: soltanto nei perossidi ha N.O. pari a –1 e N.O. +2 nel fluoruro di ossigeno (OF2).

K₂-2O H₂-1O₂

2- l’idrogeno ha N.O. +1; soltanto negli idruri ha N.O. pari a –1:

+1

HCl

NaH

-1

3- il fluoro ha sempre N.O. pari a –1:

-1

HF

4- il N.O. dei metalli alcalini vale sempre +1:

+1

(5)

5- il N.O. dei metalli alcalino-terrosi vale sempre +2:

+2

Mg(NO₃)₂

6- B e Al hanno N.O. +3; Zn e Cd hanno N.O. +2:

+2 +3

Na₃+3BO₃ Al₄(SiO₄)₃ ZnS CdCl+2 ₂

7- In una molecola neutra la somma algebrica dei gradi di ossidazione deve avere valore nullo.

+1

H₂SO₄

x -2

N.O. dello S? H₂SO₄

pertanto 2⋅(+1) +x + 4⋅(-2)=0 ⇒ x =+6= N.O. dello zolfo

8- Negli ioni pluriatomici la somma algebrica dei numeri di ossidazione degli atomi deve assumere valore uguale alla carica elettrica dello ione.

+1

HCO₃

-x -2

N.O. del C? HCO₃

(6)

9- Per il calcolo del numero di ossidazione non devono essere considerati i legami tra atomi uguali: - acido tiosolforico: +5 -2 -2 -2 -1 +1 +1 O O S H_O H_S +5 -2 -2 -2 -1 +1 +1 O O S H_O H_S - aldeide acetica: -2 -3 +1 H_C_C H H H H H_C O H +1 +1 H O C +1 +1

(7)

• un elemento si ossida quando il suo grado di ossidazione

aumenta

• un elemento si riduce quando il suo grado di ossidazione

diminuisce

⇓

- ossidazione = perdita di elettroni

- riduzione = acquisto di elettroni

Schema di reazione redox:

RED

₁

+ OX

₂

OX

₁

+ RED

₂

RED = forma ridotta della sostanza

OX = forma ossidata della sostanza

(8)

Riducente: la sostanza che causa la riduzione di un’altra specie chimica

e si ossida (perdendo elettroni)

RED

1

Ossidante: la sostanza che fa ossidare un’altra specie chimica e si

riduce (acquistando elettroni da quest’ultima)

OX

2

Il numero di unità di grado di ossidazione acquistate dall’elemento

che si ossida deve essere uguale al numero di unità di grado di

ossidazione perdute dall’elemento che si riduce.

⇒ gli elettroni ceduti dalla specie chimica che si è ossidata devono

essere acquistati dalla specie chimica che si è ridotta

(9)

il metodo diretto

il metodo delle semireazioni

Metodi di bilanciamento:

Metodo diretto

KMnO4 + SnSO4 + H2SO4 → K2SO4 + MnSO4 + Sn(SO4)2 + H2O

⇓

+4 +2 +2 +7 K₂SO₄ + MnSO₄ + Sn(SO₄)₂ + H₂O KMnO₄ + SnSO₄ + H₂SO₄

manganese: specie ossidante stagno: specie riducente

Sn - 2 e-+2 Sn+4 +2 +7 Mn Mn + 5 e-K₂SO₄ + 2MnSO₄ + 5Sn(SO₄)₂ + H₂O 2KMnO₄ + 5SnSO₄ + H₂SO₄

(10)

metodo delle semireazioni

Occorre scrivere i vari composti in forma ionica e, dopo aver eliminato gli ioni comuni ai due membri di reazione, scomporre la reazione redox in due semireazioni:

KMnO4 + SnSO4 + H2SO4 → K2SO4 + MnSO4 + Sn(SO4)2 + H2O

⇓ Mn++ ₊_Sn4+ ₊_H₂_O MnO₄- + Sn++ + H+ ⇓ +4 +2 Sn4+ Sn2+ -₂ e -+2 +7 Mn++ ₊_H₂_O MnO₄- + H+ + 5_e

-ossidante prodotto di riduzione dell'ossidante

(11)

Si esegue un bilancio di carica e di massa:

+4 +2

Sn

4+

Sn

2+

_{_}

₂

e

-+2 +7

Mn

++ ₊

₄

_H

₂

_O

MnO

₄- +

8

H

+ + 5

_e

-+4 +2

Sn

4+

Sn

2+

_{_}

₂

e

-+2 +7

Mn

++ ₊

₄

_H

₂

_O

MnO

₄- +

8

H

+ + 5

_e

-

x 2

x 5

⇓

2

MnO

₄-

+

16

H

+

5

Sn

2+ 2

Mn

2+

+

5

Sn

4+

+

8

H

₂

O

(12)

Reazioni di

dismutazione

o

disproporzionamento

Lo stesso elemento in parte si ossida e in parte si riduce

Cl

2

+ NaOH → NaCl + NaClO

3

+ H

2

O

+5 Cl0 ₂ + 1 e- Cl-1

-Cl0 ₂ - 5 e- Cl 5

1

⇓

Cl

2

+ NaOH → 5NaCl + 1NaClO

3

+ H

2

O

⇓

3Cl

₂

+ NaOH → 5NaCl + NaClO

₃

+ 3H

₂