Reazioni Red-Ox

Le reazioni chimiche possono essere classificate in: Reazioni di Ossido-Riduzione (o Red-Ox); Reazioni di NON Ossido-Riduzione (o NON Red-Ox); Si definisce Red-Ox (dall’inglese Reduction = Riduzione e Oxidation = Ossidazione) una reazione nella quale vi è uno scambio di elettroni, con variazione dei numeri di ossidazione. Immaginate dunque l’importanza di queste reazioni… Tantissime reazioni – anche organiche e biochimiche – sono Red-Ox.

L’ossidazione è una perdita di elettroni con aumento del n.o. La riduzione è un acquisto di elettroni con riduzione del n.o. Nella Chimica Organica vedremo come agiscono H e O … La specie che perde elettroni si ossida ed è l’agente RIDUCENTE. La specie che accetta elettroni si riduce ed è l’agente OSSIDANTE. Durante una Red-Ox non vi sono elettroni liberi: quelli persi da una specie sono acquistati dall’altra (uguaglianza di e-).

Il numero di ossidazione è un numero relativo (spesso intero, ma che può essere frazionario e anche nullo), reale o formale, che corrisponde al numero di elettroni che si devono dare o togliere a una specie per avere l’atomo allo stato elementare. Si può mettere in relazione con il numero di elettroni messi in gioco dall’elemento in un legame chimico: la carica che assumerebbe un elemento in un composto, se si attribuissero gli elettroni di legame all’elemento più elettronegativo. In modo “grezzo” può essere definito come la valenza preceduta SEMPRE dal segno (tranne per lo zero). Come faccio a determinare il numero di ossidazione di un elemento in un composto? Valgono – grosso modo – le stesse regole per la valenza.

Tutti gli elementi NON combinati hanno n.o. = 0; Tutte le molecole biatomiche (o poliatomiche) omonucleari hanno n.o. = 0 (H2, N2, O2, F2, Cl2, Br2, I2; O3; P4; S8); Tutti gli elementi del I gruppo A hanno n.o. = + 1 (- e-); Tutti gli elementi del II gruppo A hanno n.o. = +2 (- 2e-); Tutti gli elementi del III gruppo A hanno n.o. = +3 (- 3e-); Il n.o. massimo coincide – per gli elementi dei gruppi A – con il gruppo di appartenenza; Il n.o. minimo – per gli elementi dei gruppi A dal 4° al 7° – è il complemento a 8;

L’idrogeno ha n.o. = + 1 in tutti i composti, tranne negli idruri dove il n.o. = - 1 (perché più elettronegativo); L’ossigeno ha n.o. = - 2 nella maggior parte dei composti; nei perossidi (gruppo perossidico -O-O-; l’unico uscito è l’acqua ossigenata, H2O2) il n.o. = - 1 (solo nel composto F2O il n.o. = + 2); Il fluoro ha SOLO ed esclusivamente n.o. = - 1. Per gli ioni semplici il n.o. è uguale alla carica dello ione; La somma di tutti i n.o. in una molecola deve essere uguale a 0, oppure alla carica dello ione (n.o. e carica!!!).

Guardiamo ora gli elementi di transizione: Cr +2, +3, +6 Mn +2, +3, +4, +6, +7 Fe +2, +3 Co +2, +3 Ni +2, +3 Cu +1, +2 Ag +1 Au +1, +3 Zn +2 Cd +2 Hg +1, +2 (particolare: nello stato di ox +1 forma composti “dimeri”)

Come faccio a calcolare il numero di ossidazione di uno o più elementi in un composto? Basta iniziare dalle certezze! Vediamo qualche esempio… Au H2 HCl H2O HMnO4 Ba(NO3)2 Ricordiamoci che il n.o. massimo coincide con il gruppo.

Per assegnare il segno ricordiamoci della elettronegatività. K2Cr2O7 Al2(SO4)3 H2O2 CO CCl4 C2H6 C6H12O6 (anche elementi combinati possono avere n.o. = 0) CHCl3 SO32- ClO- Na2S4O6

2005, Altro, CeCh, 14 In uno ione poliatomico la somma dei numeri di ossidazione degli atomi che lo formano: A) è sempre uguale come segno ma diverso in valore assoluto dalla carica dello ione B) non dipende dalla carica dello ione C) è sempre uguale a zero D) è sempre uguale alla carica dello ione 2006, Altro, GNC, 44 E' possibile che due atomi dello stesso elemento in una molecola risultino avere, in media, ciascuno un numero di ossidazione non intero? A) Si un atomo può avere numero di ossidazione non intero B) Non è possibile C) Si, quando in una molecola è presente lo stesso elemento in due diversi gradi di ossidazione D) Non esistono casi simili

NON c’è ossidazione se non c’è riduzione e viceversa. Di conseguenza una reazione completa è sempre di ossido-riduzione, mai SOLO ossidazione e mai SOLO riduzione: 1997, O, CHI, 45 La reazione C + O2 = CO2 è una reazione: 1) di ossidazione 2) di riduzione 3) acido–base 4) di scambio semplice 5) di ossidoriduzione

Se una stessa specie si ossida e si riduce, la reazione chimica – che è sempre una red-ox – prende il nome di: Dismutazione; Disproporzione; Ossido-riduzione interna (o Auto-ossido-riduzione). Cl2 + NaOH  NaCl + NaClO3 + H2O P4 + 3KOH + 3H2O  PH3 + 3KH2PO2 Vediamo ora qualche domanda “ufficiale” un po’ più seria…

Bilanciamento di una reazione Red-Ox   Determina i n.o. di tutti gli elementi presenti nella reazione (red-ox) Individua gli elementi che subiscono l’ossidazione e la riduzione Determina gli elettroni ceduti e acquistati tra l’ox e il red Scambia il numero di elettroni tra l’ox e il red (determina i coefficienti stechiometrici) Inizia a bilanciare gli elementi che subiscono l’ossidazione e la riduzione tra i reagenti

Continua il bilanciamento degli stessi elementi tra i prodotti Bilancia gli altri elementi “inconsapevolmente” bloccati Contro-prova con H e/o O In caso di red-ox in forma ionica, oltre al bilancio di massa controlla anche quello di carica Fare attenzione a quelle red-ox nelle quali un elemento in parte subisce red-ox e in parte no: Cu + HNO3 = Cu(NO3)2 + NO + H2O In tal caso il coefficiente stechiometrico si mette prima tra i prodotti e poi si passa ai reagenti.

Nel caso di dismutazioni, iniziare a bilanciare dal membro dove l’elemento si trova sotto i 2 diversi stati di ossidazione.   Dismutazione Comproporzione Disproporzione Sinproporzione Ossido-riduzione interna

H2S + HNO3 => H2SO4 + NO + H2O 2004, C, NAZ, 23 Indicare la serie di coefficienti stechiometrici, tra le quattro seguenti, che permette di bilanciare in modo corretto la seguente reazione: H2S + HNO3 => H2SO4 + NO + H2O A) 1, 4, 1, 4 ,2 B) 3, 8, 3, 8, 4 C) 2, 8, 2, 8, 4 D) 5, 8, 5, 8, 4

2005, C, NAZ, 46 Lo ione permanganato ossida la fosfina (PH3) in ambiente acido, secondo la reazione: PH3 + MnO4- + H + => H2O + Mn2+ + H3PO4 I coefficienti della reazione sono nell’ordine: A) 5, 8, 24, 12, 8, 6 B) 5, 8, 24, 12, 7, 6 C) 5, 8, 24, 11, 8, 7 D) 5, 8, 24, 12, 8, 5 2007, C, NAZ, 49 Indica i coefficienti della reazione redox che si verifica nella pila descritta nell’esercizio precedente: XO4- + Br + H+ => XO2- + Br2 + H2O A) 2, 4, 1, 1, 2, 4 B) 2, 2, 4, 1, 4, 2 C) 2, 3, 4, 1, 3, 2 D) 1, 4, 4, 1, 2, 2

2001, C, NAZ, 14 I clorati sono composti largamente usati nell’industria dei fuochi d’artificio. Essi sono generalmente prodotti per elettrolisi di una soluzione acquosa di KCl: nel processo, il Cl2 che si svolge all’anodo reagisce con gli ioni OH- che si formano al catodo, secondo la seguente reazione: Cl2 (g) + OH- (aq) => ClO3- (aq) + Cl- (aq) + H2O (l). Indicare i coefficienti stechiometrici della reazione: A) 1, 4, 1, 1, 2 B) 1, 6, 1, 1, 3 C) 3, 6, 1, 5, 3 D) 2, 6, 1, 3, 3

2007, Altro, GNC, 35 Indica i coefficienti corretti della seguente reazione: S + OH- = S2- + S2O32- + H2O A) 6, 6, 4, 1, 3 B) 10,18, 4, 3, 9 C) 4, 6, 2, 1, 3 D) 8, 18, 2, 3, 9

1998, C, NAZ, 41 Identificare la corretta serie di numeri di ossidazione del carbonio nelle tre posizioni della molecola CH3-CHOH-COOH: A) -3, -2, -1 B) +4, 0, +4 C) -3, 0, +3 D) +3, 0, -3 2003, Altro, CeCh, 30 In quali delle seguenti molecole il carbonio ha numero di ossidazione zero? A) alcol etilico B) diossido di carbonio C) dicarburo di calcio D) metanale