Le reazioni di ossidorduzione o redox

Esaminiamo, in termini di variazioni del n.o., le seguenti reazioni:

Nella reazione 1) il n.o. del carbonio (C) aumenta passando da 0 a +4: C si ossida; il n.o. dell'ossigeno (O) diminuisce passando da 0 a −2: O si riduce.

Nella reazione 2) il mercurio, Hg, si riduce poiché il suo n.o. diminuisce da +1 a 0; l'ossigeno si ossida; perché il suo n.o. aumenta da −2 a 0.

Nella reazione 3) lo zinco (Zn) si ossida perché il suo n.o. aumenta da 0 a +2; l'idrogeno (H) si riduce perché il suo n.o. diminuisce da +1 a 0.

Tutte e tre le reazioni sono esempi di ossidoriduzione.

Si definisce ossidante la sostanza (elemento o composto) che provoca l'ossidazione di un'altra sostanza, acquistando da questa elettroni; nel fare questo un ossidante si riduce.

Si definisce riducente la sostanza che provoca la riduzione di un'altra sostanza cedendogli elettroni; nel fare questo un riducente si ossida.

Rappresentazione di una reazione di ossidoriduzione

Una reazione di ossidoriduzione è così rappresentabile:

Ogni reazione di ossidoriduzione è la somma di due semireazioni, una ossidazione e una di riduzione, in ciascuna delle quali compare una sostanza nelle sue forme ossidata e ridotta (semicoppia coniugata ossido-riduttiva). Esempio:

Bilanciamento di una reazione di ossidoriduzione

Le reazioni di ossidoriduzione possono essere bilanciate usando il metodo della variazione del numero di ossidazione o il metodo delle semireazioni.

Variazione del numero di ossidazione. Prima vengono determinati i coefficienti per gli agenti ossidanti e riducenti in modo che il numero di elettroni perduti sia uguale al numero di elettroni acquistati. Poi vengono determinati i coefficienti per le altre specie che partecipano alla reazione. Esempio:

Sopra ai singoli elementi sono riportati i loro n.o. Il rame Cu, durante il processo, si riduce, acquistando 2 elettroni, mentre l'azoto N si ossida, perdendo 3 elettroni:

Pertanto occorrono 3 atomi di Cu ogni 2 atomi di N:

Nel secondo membro si deve poi premettere il coefficiente 3 a H₂O, per sistemare anche gli atomi di H e di O:

La reazione così è bilanciata (in totale sono stati trasferiti 6 elettroni dal rame all'azoto).

Metodo delle semireazioni. Questo metodo è indicato soprattutto per le reazioni redox che avvengono in soluzione acquosa, dove le sostanze dissociate sono rappresentate in forma ionica. Per il calcolo dei coefficienti stechiometrici si seguono alcune regole:

• la reazione si scrive in forma ionica;
• si identificano l'ossidante e il riducente e si assegnano i corretti numeri d'ossidazione a ciascuna delle due semicoppie ossido-riduttive;
• si scrivono separamente le due semireazioni e si moltiplica ogni termine di ciascuna delle due per un opportuno coefficiente in modo che il numero degli elettroni coinvolti sia uguale;
• si sommano membro a membro le due semireazioni;
• si verifica la conservazione della massa e della carica.

Esempio:

MnO₄^- è l'ossidante, Fe²⁺ è il riducente

si bilanciano gli elettroni moltiplicando la (2) per 5

In forma molecolare la reazione è: