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Antonello Santini » 18.Reazioni che implicano trasferimento di elettroni e loro bilanciamento


Classificazione delle reazioni in base al trasferimento o meno di elettroni

Le reazioni chimiche in base o meno al trasferimento di elettroni da un atomo all’altro sono classificate in due tipi fondamentali.

Reazioni in cui:

  • si verifica trasferimento di elettroni: tra i reagenti il numero di ossidazione dei singoli atomi o ioni coinvolti varia (reazioni di sintesi, decomposizione e spostamento);
  • non si verifica trasferimento di elettroni: tra i reagenti il numero di ossidazione dei singoli atomi o ioni coinvolti non varia (reazioni di doppio scambio ionico e neutralizzazione).

Reazioni in cui si verifica trasferimento di elettroni

Nelle reazioni in cui si verifica il trasferimento di elettroni, dette di ossidoriduzione o redox, un elemento reagente perde uno o più elettroni che vengono trasferiti a un altro elemento reagente cioè si verificano contemporaneamente, una ossidazione e una riduzione:

  • l’elemento che perde elettroni subisce una ossidazione (il n.o. aumenta);
  • l’elemento che acquista elettroni subisce una riduzione (il n.o. diminuisce).

Le reazioni di ossidoriduzione o redox

Sono prevalentemente reazioni di ossidoriduzione le reazioni di sintesi, decomposizione e spostamento, esaminando le seguenti reazioni in termini di variazioni del numero di ossidazione (in figura).


Definizione delle reazioni di ossidoriduzione

Un tempo il termine ossidazione indicava una reazione in cui una sostanza si combinava con ossigeno. Analogamente riduzione si riferiva a una trasformazione chimica in cui un composto “ossidato” perdeva ossigeno.

Reazione del sodio in un’atmosfera di ossigeno: un’ossidazione vivace

Reazione del sodio in un'atmosfera di ossigeno: un'ossidazione vivace

Reazione del sodio in un’atmosfera di cloro: un’altra vivace ossidazione

Reazione del sodio in un'atmosfera di cloro: un'altra vivace ossidazione


Definizione delle reazioni di ossidoriduzione


Definizione delle reazioni di ossidoriduzione

  • I due processi di ossidazione e riduzione si devono verificare contemporaneamente in una reazione che comporta una variazione del numero di ossidazione per uno o più elementi, reazione di ossidoriduzione o redox.
  • Tutte le reazioni chimiche utilizzate per produrre energia implicano reazioni redox: ad es. i processi vitali delle cellule, le combustioni (di carbone, idrocarburi, legna).

Reazione di ossidoriduzione

Nella prima provetta, da sinistra, il ferro non si arrugginisce (non si ossida) in assenza di acqua. Il chiodo si conserva inalterato anche per alcuni mesi se la provetta contiene cristalli di cloruro di calcio, che funziona da disidratante.

Nella seconda provetta il ferro si ossida per azione dell’acido solforico. Si formano ioni Fe2+ e si sviluppa idrogeno.

Nella terza provetta gli ioni Fe2+vengono identificati con l’aggiunta di una soluzione di NaOH. Si forma un precipitato verde di Fe(OH)2. Gli ioni Fe2+in parte si sono ulteriormente ossidati: si forma anche un precipitato rosso-bruno di Fe(OH)3.


Reazioni che implicano trasferimento di elettroni e loro bilanciamento


In sintesi

  • In definitiva:
    - l’ossidazione è un processo in cui si ha una perdita di elettroni e ciò comporta un aumento del numero di ossidazione;
    - la riduzione è un processo in cui si ha guadagno di elettroni e ciò comporta una riduzione del numero di ossidazione.
  • Possiamo quindi dire che:
    - l’elemento che si riduce è un ossidante;
    - l’elemento che si ossida è un riducente.

Principali ossidanti e riducenti di largo impiego in chimica


Reazioni di dismutazione

Tra le reazioni di ossido-riduzione e le acido-base vi è una certa analogia: nelle prime si ha trasferimento di elettroni e- mentre nelle seconde si ha trasferimento di protoni H+.

Sono dette reazioni di dismutazione o di disproporzionamento le reazioni in cui uno stesso composto agisce sia da ossidante che da riducente ossia uno stesso elemento, in parte, si ossida, in parte, si riduce. Esempio in figura.


Rappresentazione di una reazione di ossidoriduzione

Una reazione di ossidoriduzione è rappresentabile come in figura 1.

Ogni reazione di ossidoriduzione è la somma di due semireazioni, una ossidazione e una riduzione, in ciascuna delle quali compare una sostanza nelle sue forme ossidata e ridotta (semicoppia coniugata ossido-riduttiva). Esempio in figura 2.

Figura 1

Figura 1

Figura 2

Figura 2


Rappresentazione di una reazione di ossidoriduzione


Bilanciamento di una reazione di ossidoriduzione

Le reazioni di ossidoriduzione possono essere bilanciate usando due metodi

  1. Variazione del numero di ossidazione
  2. Metodo delle semireazioni

Variazione del numero di ossidazione

Il metodo prevede i seguenti punti:

  • scrivere la reazione chimica non bilanciata;
  • assegnare i numeri di ossidazione agli elementi;
  • individuare gli elementi che si ossidano e quelli che si riducono e determinarne la variazione dei n.o.;
  • scegliere, per gli elementi individuati, coefficienti tali che gli elettroni perduti dai primi siano uguali a quelli guadagnati dai secondi;
  • contare il numero degli altri atomi e scegliere coefficienti tali da eguagliarne il numero da entrambi i lati della reazione;
  • aggiustare i coefficienti a numeri interi piccoli, moltiplicandoli per opportuni fattori.

Esempio di bilanciamento  con il metodo della Variazione del numero di ossidazione


Metodo delle semireazioni

Le sostanze che partecipano sono rappresentate in forma ionica. Per il calcolo dei coefficienti stechiometrici si seguono alcune regole:

  • la reazione si scrive in forma ionica;
  • si identificano l’ossidante e il riducente e si assegnano i corretti n.o. a ciascuna delle due semicoppie ossido-riduttive;
  • si bilanciano le due semireazioni e si moltiplica ogni termine di ciascuna delle due per un opportuno coefficiente in modo che il numero degli elettroni coinvolti sia uguale;
  • si sommano membro a membro le due semireazioni;
  • si verifica la conservazione della massa e della carica.

Esempio di bilanciamento con il metodo della Semireazioni


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