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Le reazioni di ossido-riduzione CAPITOLO Le reazioni di ossido-riduzione 20 Indice Reazioni di ossido-riduzione Numeri di ossidazione Reazioni di ossido-riduzione in soluzione Come riconoscere le reazioni di ossido-riduzione Bilanciamento delle reazioni redox: metodo del numero di ossidazione Bilanciamento delle reazioni redox: metodo delle semireazioni (o metodo ione-elettrone) Reazioni di disproporzione (o di dismutazione) Mappa concettuale: Ossidazione e riduzione Calcoli nelle reazioni redox Reattività degli elementi: competizione per gli elettroni Mappa concettuale: Le reazioni di ossido-riduzione 2

Reazioni di ossido-riduzione 1 CAPITOLO 20. LE REAZIONI DI OSSIDO-RIDUZIONE Reazioni di ossido-riduzione PAG. 450 Le reazioni chimiche che portano alla formazione di composti ionici sono reazioni di ossido-riduzione e avvengono con trasferimento di elettroni. Una reazione in cui una specie chimica, atomo o ione, perde elettroni è detta di ossidazione. 3

Reazioni di ossido-riduzione 1 CAPITOLO 20. LE REAZIONI DI OSSIDO-RIDUZIONE Reazioni di ossido-riduzione PAG. 450 Una reazione in cui una specie chimica, atomo o ione, acquista elettroni è detta di riduzione. Una ossidazione si verifica sempre contemporaneamente ad una riduzione: reazioni di questo tipo sono dette di ossido-riduzione o reazioni redox. Nelle reazioni chimiche che portano alla formazione di composti covalenti non si verifica trasferimento di elettroni. In questi composti il doppietto elettronico condiviso è più spostato verso l’atomo più elettronegativo. 4

CAPITOLO 20. LE REAZIONI DI OSSIDO-RIDUZIONE Numeri di ossidazione PAG. 451 A ciascun atomo di una molecola o di uno ione si assegna un numero (positivo o negativo), il numero di ossidazione (n.o.) che è in relazione con la perdita o l’acquisto reale o apparente di elettroni rispetto all’atomo isolato. I numeri di ossidazione permettono di seguire il trasferimento degli elettroni durante una reazione. È possibile assegnare il numero di ossidazione ad un atomo in un composto applicando semplici regole. 5

CAPITOLO 20. LE REAZIONI DI OSSIDO-RIDUZIONE Numeri di ossidazione PAG. 452 Numeri di ossidazione degli elementi. 6

Reazioni di ossido-riduzione in soluzione 3 CAPITOLO 20. LE REAZIONI DI OSSIDO-RIDUZIONE Reazioni di ossido-riduzione in soluzione PAG. 453 NH3 + ClO−  NH2Cl + OH− L’ammoniaca e la candeggina (soluzione di ipoclorito di sodio) non devono mai essere miscelati perché reagiscono formando cloramina (NH2Cl), un gas molto pericoloso. L’acido muriatico (soluzione di HCl) e la candeggina non devono mai essere miscelati perché reagiscono formando cloro, un gas molto pericoloso. 2H+ + ClO− + Cl−  Cl2 + H2O Fe + 2 H+  Fe2+ + H2 Il ferro reagisce con l’acido cloridrico con formazione di idrogeno e di una soluzione di FeCl2. 7

Reazioni di ossido-riduzione in soluzione 3 CAPITOLO 20. LE REAZIONI DI OSSIDO-RIDUZIONE Reazioni di ossido-riduzione in soluzione PAG. 453 Il concetto di numero di ossidazione conduce ad una definizione operativa dei termini ossidazione e riduzione. riduzione 0 +1 +2 0 Fe(s) + 2 H+(aq)  Fe2+(aq) + H2(g) ossidazione Una semireazione in cui un atomo aumenta il numero di ossidazione è detta di ossidazione. Una semireazione in cui un atomo abbassa (diminuisce) il numero di ossidazione è detta di riduzione. 8

Come riconoscere le reazioni di ossido-riduzione 4 CAPITOLO 20. LE REAZIONI DI OSSIDO-RIDUZIONE Come riconoscere le reazioni di ossido-riduzione PAG. 455 Se vi è variazione del numero di ossidazione di due differenti elementi una reazione è detta di ossido-riduzione. In una reazione redox è detta: - riducente la specie chimica che rilascia elettroni e provoca la riduzione di un’altra specie chimica. - ossidante la specie chimica che acquista elettroni e provoca l’ossidazione di un’altra specie chimica 0 +1 +2 0 Cu(s) + 2 Ag+(aq)  Cu2+(aq) + 2 Ag(s) agente riducente agente ossidante 9

Bilanciamento delle reazioni redox: metodo del numero di ossidazione 5 CAPITOLO 20. LE REAZIONI DI OSSIDO-RIDUZIONE Bilanciamento delle reazioni redox: metodo del numero di ossidazione PAG. 456 Per il bilanciamento segui i seguenti passaggi: a. Assegna i numeri di ossidazione agli atomi. b. Traccia un ponte tra gli atomi che hanno variato il numero di ossidazione. c. Uguaglia gli elettroni ceduti e acquistati. d. Bilancia la reazione in termini di massa. 10

CAPITOLO 20. LE REAZIONI DI OSSIDO-RIDUZIONE 6 CAPITOLO 20. LE REAZIONI DI OSSIDO-RIDUZIONE Bilanciamento delle reazioni redox: metodo delle semireazioni (o metodo ione-elettrone) PAG. 457 Per le reazioni di ossido-riduzione in soluzione acquosa è conveniente eseguire il bilanciamento con il metodo delle semireazioni. Per il bilanciamento segui i seguenti passaggi: a. Scrivi la reazione da bilanciare in forma ionica netta e assegna i numeri di ossidazione. b. Scrivi separatamente le due semireazioni di ossidazione e di riduzione. c. Bilancia la carica ionica addizionando ioni H+ (soluzione acida) o ioni OH (soluzione basica). d. Bilancia gli atomi di idrogeno addizionando molecole di H2O. e. Moltiplica ciascuna semireazione per un appropriato numero intero in modo che gli elettroni ceduti siano uguali a quelli acquistati. f. Somma le due semireazioni e cancella le specie identiche. 11

Reazioni di disproporzione (o di dismutazione) 7 CAPITOLO 20. LE REAZIONI DI OSSIDO-RIDUZIONE Reazioni di disproporzione (o di dismutazione) PAG. 459 Nelle reazioni di disproporzione la stessa sostanza subisce sia l’ossidazione che la riduzione. 0 +1 −1 Cl2 + 2 OH−  ClO− + Cl− + H2O cloro ione ipoclorito ione cloruro 12

Mappa concettuale: Ossidazione e riduzione CAPITOLO 20. LE REAZIONI DI OSSIDO-RIDUZIONE Mappa concettuale: Ossidazione e riduzione PAG. 460 Una reazione REDOX consiste di due semireazioni Ossidazione Riduzione Agente riducente Gli atomi rilasciano elettroni Gli atomi acquistano elettroni Agente ossidante Il numero di ossidazione aumenta Il numero di ossidazione diminuisce 13

Calcoli nelle reazioni redox 8 CAPITOLO 20. LE REAZIONI DI OSSIDO-RIDUZIONE Calcoli nelle reazioni redox PAG. 460 Per conoscere la quantità di un ossidante o di un riducente di una soluzione si esegue una titolazione. Nelle reazioni redox i calcoli possono essere risolti applicando il concetto di mole o quello di equivalente. Se si applica il concetto di equivalente si esegue la seguente uguaglianza: equivalenti dell’ossidante = equivalenti del riducente Se si conosce la massa (g) di una sostanza: massa (g) equivalenti = massa equivalente 14

Calcoli nelle reazioni redox 8 CAPITOLO 20. LE REAZIONI DI OSSIDO-RIDUZIONE Calcoli nelle reazioni redox PAG. 462 Per massa equivalente di un ossidante o di un riducente s’intende la massa molare della sostanza diviso il numero degli elettroni che appare nella semireazione corrispondente. La relazione che intercorre tra molarità (M) e normalità (N) è: N = M  z dove z è il numero degli elettroni ceduti o acquistati da una specie chimica nella semireazione interessata. 15

Reattività degli elementi: competizione per gli elettroni 9 CAPITOLO 20. LE REAZIONI DI OSSIDO-RIDUZIONE Reattività degli elementi: competizione per gli elettroni PAG. 463 Le reazioni di ossido-riduzione possono essere considerate come una competizione tra due reagenti per il possesso degli elettroni. È possibile costruire una scala in cui gli ioni dei metalli sono disposti secondo la loro capacità decrescente ad acquistare elettroni. Per via sperimentale si trova che: Ag+  Cu2+  Zn2+ scala di riduzione Se, invece, si considera la capacità degli elementi a cedere elettroni, cioè ad ossidarsi, la scala diventa: Zn  Cu  Ag scala di ossidazione 16

Mappa concettuale: Le reazioni di ossido-riduzione CAPITOLO 20. LE REAZIONI DI OSSIDO-RIDUZIONE Mappa concettuale: Le reazioni di ossido-riduzione PAG. 464 Numero di ossidazione Un numero di ossidazione assegnato a ciascun elemento di un composto al fine di seguire il trasferimento degli elettroni durante una reazione LE REAZIONI DI OSSIDO-RIDUZIONE Sono discusse in termini di variazione del numero di ossidazione di ciascun reagente Calcoli nelle reazioni redox Si può applicare il metodo delle moli o quello degli equivalenti Reattività degli elementi Capacità degli atomi o degli ioni di acquistare o cedere elettroni Bilanciamento delle reazioni di ossido-riduzione Si utilizza il metodo del numero di ossidazione o delle semireazioni 17