Reazioni di ossidoriduzione, esempi e bilanciamento

Le reazioni di ossidoriduzione dette anche redox sono reazioni in cui avviene un trasferimento di elettroni tra due specie. In una reazione di ossidoriduzione si verifica che una specie si ossida ovvero perde elettroni e aumenta il suo numero di ossidazione e una specie si riduce ovvero acquista elettroni diminuisce il suo numero di ossidazione.

Le reazioni di ossidoriduzione sono molto comuni nella vita quotidiana ed esplicano funzioni alla base della vita come, ad esempio, la fotosintesi, la respirazione e la combustione.

Il termine ossidazione è dovuto al fatto che le prime reazioni studiate coinvolgevano l’ossigeno: Lavoisier infatti chiarì il meccanismo dell’ossidazione dei metalli a contatto dell’aria, dimostrando che per azione dell’ossigeno questi si trasformano in ossidi. Una sua celebre esperienza fu l’ossidazione del mercurio all’aria che avviene secondo la reazione:

2 Hg _(l) + O_2(g) → 2 HgO_(s)

Solo successivamente si comprese che nelle reazioni di ossidoriduzione l’ossigeno non doveva essere necessariamente coinvolto.

Come, ad esempio, nella reazione:

K₂Cr₂O₇ + 6 KI + 7 H₂SO₄ = Cr₂(SO₄)₃ + 4 K₂SO₄ + 3 I₂ + 7 H₂O

Per comprendere una reazione di tal genere, che apparentemente appare piuttosto complessa, bisogna individuare gli spettatori ovvero le specie che non si ossidano né si riducono e le specie che subiscono variazione del numero di ossidazione.

Nella fattispecie il cromo passa da numero di ossidazione + 6 a numero di ossidazione + 3 quindi si riduce acquistando elettroni e lo iodio passa da numero di ossidazione – 1 a 0 quindi si ossida perdendo elettroni.

Il cromo quindi si riduce e agisce da ossidante mentre lo iodio si ossida e agisce da riducente.

Bilanciamento delle reazioni di ossidoriduzione

Affinché una reazione di ossidoriduzione abbia luogo è necessario che il numero di elettroni acquistati da una specie sia pari al numero di elettroni persi da un’altra specie. Per poter bilanciare le reazioni di ossidoriduzione ci si può avvalere di due metodi ovvero del metodo delle semireazioni o del metodo del numero di ossidazione particolarmente utile quando la reazione è scritta, come la precedente, in forma molecolare.

Vi sono poi particolari tipi di reazioni di ossidoriduzione ovvero:

1)      reazioni dipendenti dal pH

2)      reazioni di dismutazione o disproporzione

3)      reazioni di comproporzione

Esempi di reazioni di ossidoriduzione

Reazioni dipendenti dal pH

Nelle reazioni dipendenti dal pH si possono ottenere prodotti diversi a partire dallo stesso reagente. Un tipico esempio viene fornito dal permanganato MnO₄^– in cui il manganese ha numero di ossidazione +7. In ambiente acido il manganese si riduce passando a Mn²⁺ in cui ha numero di ossidazione +2 secondo la semireazione:

MnO₄^– + 8 H⁺ + 5 e^– → Mn²⁺ + 4 H₂O

In ambiente lievemente basico il permanganato passa a MnO₂ in cui il manganese presenta numero di ossidazione + 4 secondo la semireazione:

MnO₄^– + 2 H₂O + 3 e^– →  MnO₂ + 4 OH^–

In ambiente nettamente basico il permanganato passa a manganato MnO₄^2- in cui il manganese presenta numero di ossidazione + 6 secondo la semireazione:

4 MnO₄^– +  4 OH^– → 4 MnO₄^2- + O₂ + 2 H₂O

Reazioni di disproporzione

Nelle reazioni di dismutazione o disproporzione una sola specie chimica si ossida e si riduce portando alla formazione di due specie chimiche diverse contenente lo stesso elemento con numero di ossidazione diverso.

Un esempio di reazione di dismutazione è costituito fosforo P₄ con numero di ossidazione zero in ambiente basico dà luogo alla formazione di fosfina PH₃ in cui il fosforo ha numero di ossidazione – 3 e a diidrogenofosfito H₂PO₃^– in cui il fosforo ha numero di ossidazione + 3 secondo la reazione:

P₄ + 2 NaOH + 4 H₂O = 2 PH₃ + 2  NaH₂PO₃

Reazioni di comproporzione

Nelle reazioni di comproporzione due specie chimiche contenenti lo stesso elemento con un diverso numero di ossidazione danno luogo alla formazione di un prodotto in cui la specie ha lo stesso numero di ossidazione.

Un esempio di reazione di comproporzione è costituito dalla reazione tra il solfuro di idrogeno H₂Sin cui lo zolfo ha numero di ossidazione – 2 e il biossido di zolfo SO₂ in cui lo zolfo ha numero di ossidazione + 4 che danno zolfo in cui quest’ultimo ha numero di ossidazione zero secondo la reazione:

2 H₂S + SO₂ → 3 S + 2 H₂O