Cosa significa ossidoriduzione
Dire reazioni redox o ossidoriduzioni è la stessa cosa, ma andiamo a vedere nel dettaglio che cosa significa dal punto di vista chimico. Si tratta di processi chimici dove un elemento subisce ossidazione e di conseguenza un altro si riduce, ovvero uno perde elettroni e un altro li acquista. Di conseguenza per entrambi c’è una variazione a livello del numero di ossidazione di partenza: se si ossida aumenta, se si riduce si abbassa.
Il punto di partenza per bilanciare una di queste reazioni infatti è ricavare i numeri di ossidazione dei vari elementi presenti nei composti coinvolti. Questo primo passaggio si basa sia sulle informazioni ricavabili dalla tavola periodica che su regole fisse.
Le reazioni redox e i numeri di ossidazione
Vediamo quali sono le regole da seguire quando bisogna bilanciare un’ossidoriduzione. Sulla tavola periodica abbiamo per ogni elemento i numeri di ossidazione (n.o.) più comuni, ma ci serve un punto di partenza.
Per l’ossigeno ad esempio è convenzione assegnare n.o. pari a -2 ad esclusione del caso dei perossidi, dove sale a -1.
L’idrogeno vale sempre +1 tranne che negli idruri, dove ha carica negativa -1 perché legato a elementi con carica positiva. Dunque in LiH abbiamo Li = + 1 e H = -1.
Un’altra regola riguarda gli elementi allo stato molecolare, come O2 o Br2, che hanno numero di ossidazione pari a zero perché neutri. Ma anche gli elementi del primo e del secondo gruppo della tavola periodica hanno un valore di n.o. fisso.
Per i metalli alcalini (primo gruppo) è + 1, per gli alcalino-terrosi (secondo gruppo) invece è +2.
Ad esempio se abbiamo il composto KOH sappiamo che l’ossigeno vale -2, l’idrogeno + 1 e K di conseguenza avrà n.o. uguale a +1.
Non per tutti i composti presenti nelle reazioni redox è così immediato individuare i valori corretti dei numeri di ossidazione.
Il segreto è fare pratica e assicurarsi che il risultato della somma degli n.o. coincida con la carica molecolare, che salvo indicazioni è sempre neutra (pari a zero).
Equilibrare le cariche da ciascun lato
Naturalmente questo non deve mettere in secondo piano l’equilibrio delle masse, che anche nelle reazioni redox va rispettato.
Prima di dichiarare del tutto bilanciata la reazione quindi occorre verificare anche che ci sia lo stesso numero di atomi per ogni elemento da entrambi i lati. Diversamente occorre rivedere i calcoli, o considerare in che ambiente si stia svolgendo la reazione chimica.
Le reazioni redox in ambiente acido
Per prima cosa possiamo dividere questo processo in due semireazioni, quello del magnesio che si riduce e dello stagno che si ossida. Il magnesio dunque guadagna cinque elettroni mentre lo stagno ne perde due.
Concentrandoci sui due ioni permanganato, ciascuno dei quali lega quattro ossigeni, per produrre acqua ci servono 16 idrogeni. Quindi 16 H+ 10 e– + 2MnO4– => 2Mn2+ + 8H2O.
Le ossidoriduzioni in ambiente basico
Consideriamo ora un caso in cui per bilanciare le reazioni redox non sia possibile utilizzare ioni idrogeno.
Prendiamo la reazione fra lo ione nitrato e lo zinco che produce ammoniaca, ovvero NO3– + Zn => NH3 + ZnO22-.
Come prima possiamo suddividere il processo in due semireazioni, dove l’azoto passa da n.o. +5 a +3, ovvero NO3– + 8e-=> NH3.
La seconda invece riguarda lo zinco, che da neutro passa a numero di ossidazione pari a +2 . Dunque Zn => ZnO22-+ 2e-.
Il minimo comune multiplo fra 8 e 2 è 8 dunque possiamo dedurre che dovremo moltiplicar ei membri della seconda semireazione per 4.
Prima però occorre equilibrare le masse e quindi per compensare gli ossigeni guadagnati dallo zinco dobbiamo prevedere degli ioni OH-, come prevedono le reazioni redox in ambiente basico.
La semireazione si presenterà quindi nella forma Zn + 4 OH- => ZnO22-+ 2e-. Nel caso della prima semireazione dobbiamo invece equilibrare gli ossigeni persi aggiungendo gli stessi ioni a destra dell’equazione chimica, cioè NO3– + 8e-=> NH3 + 9OH-.
Ora si possono moltiplicare i coefficienti e ottenere 4Zn + 16OH- => ZnO22- + 8e- + 8H2O e completare la prima nella forma NO3– + 8e- + 6H2O => NH3 + 9OH-. Infine si possono unire, ricavando la reazione NO3– + 4Zn + 16OH- + 8e- + 6H2O => 4ZnO22- + NH3 + 8e- + 9OH- + 8H2O.
Gli elettroni si semplificano e così anche gli ioni OH- e le molecole d’acqua, arrivando alla forma più sintetica NO3– + 4Zn + 7OH- => 4ZnO22- + NH3 + 2H2O.
