Le reazioni di ossidoriduzione sono reazioni in cui una specie si ossida perdendo elettroni e una si riduce acquistando elettroni. Affinché le reazioni di ossidoriduzione siano bilanciate è necessario che il numero di elettroni persi da una specie sia uguale al numero di elettroni acquistati dall’altra. Le reazioni di ossidoriduzione sono spontanee se il potenziale della reazione è maggiore di zero
Regole
Le reazioni di ossidoriduzione possono essere bilanciate con il metodo delle semireazioni seguendo, rigorosamente in sequenza, i seguenti passaggi:
- Separare la reazione in due semireazioni
- Bilanciare la massa
- Aggiungere ossigeno, dove è mancante, sotto forma di acqua
- Aggiungere idrogeno, dove è mancante, sotto forma di H+
- Contare la carica netta a sinistra e a destra di ciascuna semireazione e aggiungere elettroni dal lato dove mancano
- Se la reazione avviene in ambiente basico, aggiungere a sinistra e a destra di ogni semireazione, tanti OH–quanti sono gli H+ che sono presenti nella semireazione. Combinare H+e OH– (ricordando che H+ + OH–= H2O) e semplificare con eventuali altre molecole di acqua presenti. A questo punto si dispone di due semireazioni, ognuna delle quali è bilanciata in cui, tuttavia compaiono elettroni sulla sinistra di una e sulla destra dell’altra.
- Per ottenere reazioni di ossidoriduzione bilanciate moltiplicare ciascuna semireazione per un opportuno coefficiente tale che quando le due semireazioni sono sommate gli elettroni si semplificano.
- Sommare membro a membro le due semireazioni e semplificare
Esercizi
Bilanciare le seguenti reazioni di ossidoriduzione in ambiente acido:
- H2O2 + Cr2O72- → O2 + Cr3+
Le due semireazioni sono:
H2O2 → O2
Cr2O72- → Cr3+
Per la seconda semireazione è necessario bilanciare la massa:
H2O2 → O2
Cr2O72- → 2 Cr3+
Nella seconda semireazione è necessario aggiungere 7 molecola di acqua a destra:
H2O2 → O2
Cr2O72- → 2 Cr3+ + 7 H2O
Si devono aggiungere 2 H+ a destra nella prima semireazione e 14 H+ a sinistra nella seconda semireazione
H2O2 → O2 + 2 H+
14 H+ + Cr2O72- → 2 Cr3+ + 7 H2O
Nella prima semireazione sono presenti due cariche positive a destra che vanno bilanciate con due cariche negative. Nella seconda semireazione vi sono 12 cariche positive a sinistra e sei a destra quindi si devono aggiungere 6 elettroni a sinistra:
H2O2 → O2 + 2 H++ 2 e–
6 e– +14 H+ + Cr2O72- → 2 Cr3+ + 7 H2O
Affinché il numero di elettroni scambiati sia uguale si moltiplica la prima semireazione per 3
3 H2O2 → 3 O2 + 6 H++ 6 e–
6 e– +14 H+ + Cr2O72- → 2 Cr3+ + 7 H2O
Si somma membro a membro e si semplificano le specie che compaiono da ambo i membri così come si fa in un’equazione di 1° grado. Si ha:
3 H2O2 +8 H+ + Cr2O72- → 3 O2 + 2 Cr3+ + 7 H2O
Si noti che, grazie a questo metodo, per il bilanciamento della reazione non è stato necessario calcolare i numeri di ossidazione delle specie interessate che poteva essere difficoltoso dal momento che in H2O2 il numero di ossidazione dell’ossigeno è -1 in quanto il composto è un perossido. Infatti le reazioni redox bilanciate con il metodo del numero di ossidazione richiedono la determinazione dei numeri di ossidazione delle singole specie
- TeO32- + N2O4 → Te + NO3–
Le due semireazioni sono:
TeO32- → Te
N2O4 → NO3–
Per la seconda semireazione è necessario bilanciare la massa:
TeO32- → Te
N2O4 → 2 NO3–
Nella prima semireazione è necessario aggiungere 3 molecole di acqua a destra e nella seconda semireazione 2 molecole di acqua a sinistra:
TeO32- → Te + 3 H2O
2 H2O + N2O4 → 2 NO3–
Nella prima semireazione si aggiungono 6 H+ a sinistra e nella seconda 4 H+ a destra:
6 H+ + TeO32- → Te + 3 H2O
2 H2O + N2O4 → 2 NO3– + 4 H+
Nella prima semireazione sono presenti 4 cariche positive a sinistra quindi si devono aggiungere 4 elettroni. Nella seconda semireazione sono presenti 2 cariche positive a destra quindi si devono aggiungere 2 elettroni:
4 e– + 6 H+ + TeO32- → Te + 3 H2O
2 H2O + N2O4 → 2 NO3– + 4 H+ + 2 e–
Affinché il numero di elettroni scambiati sia uguale si moltiplica la seconda semireazione per 2
4 e– + 6 H+ + TeO32- → Te + 3 H2O
4 H2O +2 N2O4 → 4 NO3– + 8 H+ + 4 e–
Si somma membro a membro e si semplificano le specie che compaiono da ambo i membri:
TeO32- + 2 N2O4 + H2O → Te + 4 NO3– + 2 H+
- PbO2 + I2 → Pb2+ + IO3–
Le due semireazioni sono:
PbO2 → Pb2+
I2 → IO3–
Per la seconda semireazione è necessario bilanciare la massa:
PbO2 → Pb2+
I2 → 2 IO3–
Nella prima semireazione è necessario aggiungere 2 molecole di acqua a destra e nella seconda semireazione 6 molecole di acqua a sinistra:
PbO2 → Pb2+ + 2 H2O
6 H2O + I2 → 2 IO3–
Nella prima semireazione si aggiungono 4 H+ a sinistra e nella seconda 12 H+ a destra:
4 H+ + PbO2 → Pb2+ + 2 H2O
6 H2O + I2 → 2 IO3– + 12 H+
Nella prima semireazione sono presenti 4 cariche positive a sinistra e 2 a destra quindi si aggiungono 2 elettroni a sinistra. Nella seconda semireazione sono presenti 10 cariche positive a destra quindi si aggiungono 10 elettroni.
2 e– + 4 H+ + PbO2 → Pb2+ + 2 H2O
6 H2O + I2 → 2 IO3– + 12 H+ + 10 e–
Affinché il numero di elettroni scambiati sia uguale si moltiplica la prima semireazione per 5:
10 e– + 20 H+ + 5 PbO2 →5 Pb2+ + 10 H2O
6 H2O + I2 → 2 IO3– + 12 H+ + 10 e–
Si somma membro a membro e si semplificano le specie che compaiono da ambo i membri:
8 H+ + 5 PbO2 + I2 → 5 Pb2+ + 2 IO3– + 4 H2O
- ReO4– + IO– → Re + IO3–
Le due semireazioni sono:
ReO4– → Re
IO– → IO3–
La massa è bilanciata in entrambe le semireazioni quindi si aggiungono 4 molecole di acqua a destra nella prima semireazione e 2 molecole di acqua a sinistra nella seconda semireazione:
ReO4– → Re + 4 H2O
2 H2O + IO– → IO3–
Nella prima semireazione si aggiungono 8 H+ a sinistra e nella seconda 4 H+ a destra:
8 H+ + ReO4– → Re + 4 H2O
2 H2O + IO– → IO3– + 4 H+
Nella prima semireazione sono presenti 7 cariche positive a sinistra quindi si aggiungono 7 elettroni. Nella seconda semireazione è presente una carica negativa a sinistra e 3 cariche positive a destra quindi si aggiungono 4 elettroni a destra.
7 e– +8 H+ + ReO4– → Re + 4 H2O
2 H2O + IO– → IO3– + 4 H+ + 4 e–
Affinché il numero di elettroni scambiati sia uguale si moltiplica la prima semireazione per 4 e la seconda per 7:
28 e– + 32 H+ +4 ReO4– → 4 Re + 16 H2O
14 H2O + 7 IO– →7 IO3– + 28 H+ + 28 e–
Si somma membro a membro e si semplificano le specie che compaiono da ambo i membri:
4 H+ + 4 ReO4– + 7 IO– → 4 Re + 7 IO3– + 2 H2O