Il metodo della variazione del numero di ossidazione

© 2012 Cristian Lucisano Editore • LE BASI DI CHIMICA - Mattia Donelli

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Il metodo della variazione dei numeri di ossidazione Il metodo della variazione dei numeri di ossidazione

Il metodo della variazione dei numeri di ossidazione permette di bilanciare un’equazione chimica di tipo redox partendo dall’osservazione di come i numeri di ossidazione delle specie variano passando dai reagenti ai prodotti. Poiché la variazione del numero di ossidazione è causata da un trasferimento di elettroni tra la specie che si ossida e quella che si riduce, il bilanciamento prevede di stabilire il numero totale di elettroni scambiati e di far in modo che il numero di elettroni persi dal riducente sia uguale a quello degli elettroni acquistati dall’ossidante, determinando gli esatti coeffi cienti stechiometrici della reazione.

Il metodo della variazione dei numeri di ossidazione prevede i seguenti passaggi.

1) La prima operazione consiste nell’assegnare i numeri di ossidazione a tutte le specie chimiche.

2) Si individua la specie che si riduce (detta ossidante) e quella che si ossida (riducente).

3) Se necessario, si sistemano i coeffi cienti di queste specie in modo che esse siano nella stessa quantità sia come reagenti sia come prodotti.

4) Si determina la variazione del numero di ossidazione della specie riducente e di quella ossidante.

5) Se tale variazione è diversa per le due specie, si bilanciano moltiplicando per fattori numerici tali da restituire come risultato il loro minimo comune multiplo.

6) Si applicano i fattori trovati al punto precedente ai coeffi cienti stechiometrici delle specie ossidanti e riducenti.

7) Si bilanciano i coeffi cienti di tutte le restanti specie.

Senza dubbio risulta più semplice comprendere i passaggi appena elencati applicandoli direttamente in un semplice esempio:

Fe ₂ O ₃ + H ₂ Æ Fe + H ₂ O

1) Si assegnano i numeri di ossidazione a tutte le specie chimiche:

Fe ₂ ⁺³ O ₃ ^-2 + H ₂ ⁰ Æ Fe ⁰ + H ₂ ⁺¹ O ^-2

2) Si individua la specie ossidante e quella riducente:

Fe ₂ ⁺³ O ₃ ^-2 + H ₂ ⁰ Æ Fe ⁰ + H ₂ ⁺¹ O ^-2

L’ossidante è il ferro in quanto riduce il suo numero di ossidazione da +3 a 0.

Il riducente è l’idrogeno in quanto aumenta il suo numero di ossidazione da 0 a +1.

3) Si sistemano i coeffi cienti di queste specie in modo che siano nella stessa quantità sia come reagenti sia come prodotti: gli atomi di ferro devono essere in totale due in entrambi i membri dell’equazione, quindi si porrà come coeffi ciente un 2 davanti al ferro nei prodotti; l’idrogeno è già bilanciato.

Fe ₂ ⁺³ O ₃ ^-2 + H ₂ ⁰ Æ 2 Fe ⁰ + H ₂ ⁺¹ O ^-2

4) Si determina la variazione del numero di ossidazione della specie riducente e di quella ossidante:

Δn.o.(Fe) = 2 [+3 – 0] = +6 Δn.o.(H) = 2 [ 0 – (+1)] = –2 Fe ₂ ⁺³ O ₃ ^-2 + H ₂ ⁰ Æ 2 Fe ⁰ + H ₂ ⁺¹ O ^-2

+6 e-

-2 e-

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Il metodo della variazione dei numeri di ossidazione

5) Si bilanciano moltiplicando per fattori numerici tali da restituire come risultato il loro minimo comu- ne multiplo. Il minimo comune multiplo tra 6 e 2 è 6, quindi

1 × Δn.o.(Fe) = +6 3 × Δn.o.(H) = -6

Fe ₂ ⁺³ O ₃ ^-2 + H ₂ ⁰ Æ 2 Fe ⁰ + H ₂ ⁺¹ O ^-2

6) Si applicano i fattori trovati al punto precedente ai coeffi cienti stechiometrici delle specie ossidanti e riducenti: in questo modo il numero totale di elettroni acquistati dal ferro corrisponde esattamente al numero totale di elettroni persi dall’idrogeno.

Fe ₂ ⁺³ O ₃ ^-2 + 3H ₂ ⁰ Æ 2 Fe ⁰ + 3H ₂ ⁺¹ O ^-2

+6 e- x 1

-2 e- x 3

7) Si bilanciano i coeffi cienti di tutte le restanti specie. È consigliabile, in generale, seguire il seguente ordine: metalli, non metalli, ioni poliatomici, idrogeno e per ultimo l’ossigeno. In questo semplice caso, solo l’ossigeno, che non partecipa allo scambio di elettroni e pertanto è detto “ione spettatore”, è da bilanciare; tuttavia, come si può vedere, è già bilanciato.

La reazione bilanciata è:

Fe ₂ O ₃ + 3H ₂ Æ 2Fe + 3H ₂ O

+6 e- x 1

-2 e- x 3