Reazioni RedoxReazioni RedoxFarmacia 2012Farmacia 2012

La straordinaria evoluzione della La straordinaria evoluzione della comprensione dei fenomeni chimici negli comprensione dei fenomeni chimici negli ultimi due secoli, ci permette di classificare ultimi due secoli, ci permette di classificare le reazioni chimiche in:le reazioni chimiche in:

1)1) reazioni nelle quali non si ha reazioni nelle quali non si ha scambio di elettroniscambio di elettroni

2)2) reazioni nelle quali si ha uno reazioni nelle quali si ha uno scambio di elettroni dette scambio di elettroni dette anche reazioni di ossido-anche reazioni di ossido-riduzioneriduzione

reazioni nelle quali non si reazioni nelle quali non si ha scambio di elettroniha scambio di elettroni

• Reazioni di precipitazioneReazioni di precipitazione cheche portano alla formazione portano alla formazione di un solido in seguito alla miscelazione di due di un solido in seguito alla miscelazione di due soluzioni:soluzioni:

KK22CrOCrO44 + Ba(NO + Ba(NO33))22 BaCrO BaCrO44pp + 2KNOpp + 2KNO33

• Reazioni acido-baseReazioni acido-base o reazioni di neutralizzazione e si o reazioni di neutralizzazione e si hanno quando un acido reagisce con una base con hanno quando un acido reagisce con una base con formazione di sale e acquaformazione di sale e acqua

HCl + NaOH HCl + NaOH NaCl + H2O NaCl + H2O• Reazioni con sviluppo di gasReazioni con sviluppo di gas che possono essere di che possono essere di

scambio come le reazioni tra i carbonati dei metalli e scambio come le reazioni tra i carbonati dei metalli e gli acidi:gli acidi:

CaCOCaCO33 + 2HCl + 2HCl CaCl CaCl22 + H + H22COCO33 (H (H22O + COO + CO22))

reazioni nelle quali si ha uno scambio di reazioni nelle quali si ha uno scambio di elettroni dette anche reazioni di ossido-elettroni dette anche reazioni di ossido-

riduzioneriduzioneLe reazioni redox possono essere distinte in:Le reazioni redox possono essere distinte in:• reazioni di combustionereazioni di combustione

CHCH44 + O + O22 CO CO22 + H + H22OO• reazioni di decomposizionereazioni di decomposizione

2H2H22O O 2H 2H22 + O + O22 • reazioni di sintesireazioni di sintesi

2 Na + Cl2 Na + Cl22 2NaCl 2NaCl• Reazioni di spostamento:Reazioni di spostamento:

Zn(s) + 2HCl(aq) = HZn(s) + 2HCl(aq) = H22(g) (g) + ZnCl+ ZnCl22Fe(s) + CuSOFe(s) + CuSO44(aq) = FeSO(aq) = FeSO44(aq) + Cu(s) (aq) + Cu(s)

Reazioni RedoxReazioni Redox

• Esse sono strettamente legate al passaggio Esse sono strettamente legate al passaggio effettivo o formale di elettroni da una effettivo o formale di elettroni da una sostanza (atomi, molecole, ioni) ad un'altra, sostanza (atomi, molecole, ioni) ad un'altra, e quindi con una variazione dei numeri di e quindi con una variazione dei numeri di ossidazione (n.o.) di alcuni elementi che ossidazione (n.o.) di alcuni elementi che costituiscono tali sostanze. costituiscono tali sostanze.

• Il numero di ossidazione può essere definito Il numero di ossidazione può essere definito come la carica formale che lcome la carica formale che l’’atomo atomo assumerebbe in un composto se gli elettroni assumerebbe in un composto se gli elettroni di legame fossero assegnati alldi legame fossero assegnati all’’atomo più atomo più elettronegativo. elettronegativo.

Reazioni RedoxReazioni RedoxSe durante il corso di una reazione vi è una sostanza Se durante il corso di una reazione vi è una sostanza contenente un elemento che aumenta il proprio contenente un elemento che aumenta il proprio numero di ossidazione, deve per forza esserci una numero di ossidazione, deve per forza esserci una sostanza che diminuisce il proprio numero di sostanza che diminuisce il proprio numero di ossidazioneossidazione

•OssidazioneOssidazione = processo in cui una specie = processo in cui una specie chimica perde elettroni o un atomo aumenta il chimica perde elettroni o un atomo aumenta il proprio numero di ossidazione.proprio numero di ossidazione.

•RiduzioneRiduzione = processo in cui una specie = processo in cui una specie chimica acquista elettroni o un atomo chimica acquista elettroni o un atomo diminuisce il proprio numero di ossidazionediminuisce il proprio numero di ossidazione

Reazioni RedoxReazioni Redox

•RiducenteRiducente = la sostanza = la sostanza contenente lcontenente l’’elemento che aumenta elemento che aumenta il proprio numero di ossidazione il proprio numero di ossidazione (quella cioè che perde elettroni)(quella cioè che perde elettroni)

•OssidanteOssidante = la sostanza = la sostanza contenente lcontenente l’’elemento che elemento che diminuisce il proprio numero di diminuisce il proprio numero di ossidazione (quella cioè che ossidazione (quella cioè che acquista elettroni)acquista elettroni)

Processo Ossido-Riduttivo

Riducente Forma Ossidata(perde elettroni = aumenta il n.o.)

Ossidante Forma Ridotta(acquista elettroni = diminuisce il n.o.)

In una reazione REDOX il numero di elettroni acquistati dall’ossidante deve essere uguale al numero di elettroni persi dal riducente

• Si consideri ad esempio la reazione dellSi consideri ad esempio la reazione dell’’acido nitrico con acido nitrico con solfuro di idrogeno:solfuro di idrogeno:HNOHNO33 + H + H22S = NO + S + HS = NO + S + H22OO

1. Identificare il numero di ossidazione delle sostanze che 1. Identificare il numero di ossidazione delle sostanze che partecipano alla reazione.partecipano alla reazione.

• A sinistraA sinistraH = +1H = +1N = +5N = +5O = -2O = -2S = -2 S = -2

• A destra A destra N = + 2N = + 2O = -2O = -2S = 0S = 0

H = +1H = +1

• Identificare tutte le specie che Identificare tutte le specie che subiscono ossidazione o riduzionesubiscono ossidazione o riduzione +5 +5 +2 +2

• N +3 e- N +3 e- N (riduzione) N (riduzione)

-2 0-2 0

• S S S + 2 e- (ossidazione) S + 2 e- (ossidazione)

Moltiplicare ogni sostanza per un coefficiente in maniera tale che il numero di elettroni ceduto e acquistato dalle specie che subiscono reazione redox sia lo stesso. +5 +2N +3 e- N (riduzione) ×

2-2 0S S + 2 e- (ossidazione)

× 3

• Riportare ogni coefficiente nella reazione Riportare ogni coefficiente nella reazione totale.totale.2HNO2HNO33 + 3H + 3H22S = 2NO + 3S + HS = 2NO + 3S + H22OO

• Controllare che lControllare che l’’equazione sia bilanciata equazione sia bilanciata rispetto alle masse, dapprima mettendo rispetto alle masse, dapprima mettendo opportuni coefficienti alle sostanze opportuni coefficienti alle sostanze eventualmente presenti e che non hanno eventualmente presenti e che non hanno subito reazione Redox, ed infine, subito reazione Redox, ed infine, eventualmente bilanciare idrogeno ed eventualmente bilanciare idrogeno ed ossigeno aggiungendo molecole di acquaossigeno aggiungendo molecole di acqua2HNO2HNO33 + 3H + 3H22S = 2NO + 3S + 4HS = 2NO + 3S + 4H22OO

HNOHNO33 + + 3FeCl3FeCl22 + + 3HCl3HCl NONO + + 3FeCl3FeCl33 + + 2H2H22OO

• N + 3e N + 3e N N

+5 +2

• 3Fe 3Fe 3Fe + 3Fe + 3e3e

+2 +3

Si riduce

Si ossida

X 1

x3

• Il metodo diretto può essere applicato anche per bilanciare Il metodo diretto può essere applicato anche per bilanciare reazioni ioniche, reazioni in cui sono indicate solo le specie reazioni ioniche, reazioni in cui sono indicate solo le specie che subiscono reazione redox.che subiscono reazione redox.

• Spesso è conveniente porre le sostanze in forma ionica:Spesso è conveniente porre le sostanze in forma ionica:Ciò può essere fatto alla seguente maniera:Ciò può essere fatto alla seguente maniera:

• Gli acidi alogenidrici HGli acidi alogenidrici HnnX si dissociano in ioni nHX si dissociano in ioni nH++ e X e Xn-n-

es: HCl es: HCl H H++ + Cl + Cl--; ; HH22S S 2H 2H++ + S + S2-2-

• Gli acidi ossigenati si dissociano in ioni HGli acidi ossigenati si dissociano in ioni H++ e il radicale acido e il radicale acido XOXOxx

m-m-..• Le basi o idrossidi M(OH)Le basi o idrossidi M(OH)nn si dissociano in ioni metallici si dissociano in ioni metallici

positivi Mpositivi Mn+n+ e ioni ossidrili OH e ioni ossidrili OH--. . • I sali MX si dissociano nella parte metallica positiva e nella I sali MX si dissociano nella parte metallica positiva e nella

parte anionica (radicale acido o residuo alogenico) parte anionica (radicale acido o residuo alogenico) corrispondenti.corrispondenti.

• Tutte le altre specie si possono considerare non dissociate.Tutte le altre specie si possono considerare non dissociate.

• Prima di bilanciare la massa occorre però bilanciare Prima di bilanciare la massa occorre però bilanciare anche le cariche, e si ricorrerà a ioni Hanche le cariche, e si ricorrerà a ioni H++ se si lavora in se si lavora in ambiente acido, o ioni OHambiente acido, o ioni OH-- se si lavora in ambiente se si lavora in ambiente alcalino.alcalino.

• Es. Es.

II22(s) + ClO(s) + ClO33--(aq) = IO(aq) = IO33

--(aq) + Cl(aq) + Cl--(aq)(aq)A sinistraA sinistraI = 0I = 0Cl = +5Cl = +5O = -2O = -2A destraA destraI = +5I = +5Cl = -1Cl = -1O = -2O = -2

+5 +5 -1 -1Cl + 6 e- Cl + 6 e- Cl (riduzione) Cl (riduzione)0 +50 +5I I I + 5 e- (ossidazione) I + 5 e- (ossidazione)+5 +5 -1 -1Cl + 6 e- Cl + 6 e- Cl (riduzione) × 5 Cl (riduzione) × 50 +50 +5I I I + 5 e- (ossidazione) I + 5 e- (ossidazione) × 6 × 6Quindi:Quindi:3I3I22 + 5ClO + 5ClO33- = 6IO- = 6IO33

-- + 5Cl + 5Cl--

per bilanciare le cariche dobbiamo aggiungere 6Hper bilanciare le cariche dobbiamo aggiungere 6H++ a destra e a destra e per bilanciare gli idrogeni e gli ossigeni 3 molecole di Hper bilanciare gli idrogeni e gli ossigeni 3 molecole di H22O a O a sinistra.sinistra.3I3I22 + 5ClO + 5ClO33

-- + 3H + 3H22O = 6IOO = 6IO33-- + 5Cl + 5Cl-- + 6H + 6H++

Metodo delle semireazioni Ambiente acido

E ’ un metodo usato per reazioni che avvengono in soluzioni. Una volta individuate le specie

ossidanti e riducenti che prendono parte alla reazione, per ogni coppia redox si deve costruire una semireazione bilanciata elettricamente per aggiunta di elettroni e di protoni, e bilanciata

come massa per aggiunta di protoni e molecole d ’acqua.

Cr2O72- + I- + H+ = Cr3+ + I2 + H2O

Semireazione di riduzione:Cr2O7

2- Cr3+

Occorrono due atomi di Cr, quindiCr2O7

2- 2Cr3+

2) Due ioni Cr2) Due ioni Cr+6+6 passano a Cr passano a Cr+3+3 quindi accettano in totale 6e-quindi accettano in totale 6e-

CrCr22OO772-2- + 6e- + 6e- 2Cr 2Cr3+3+

3) Per bilanciare le cariche 3) Per bilanciare le cariche dobbiamo aggiungere 14Hdobbiamo aggiungere 14H++

4) Per bilanciare le masse 4) Per bilanciare le masse dobbiamo aggiungere 7Hdobbiamo aggiungere 7H22OO

CrCr22OO772-2- + 14H + 14H++ 6e- 6e- 2Cr 2Cr3+3+ + 7H + 7H22OO

Semireazione di ossidazione:Semireazione di ossidazione:

2I2I-- = I = I22 + 2e + 2e- - × 3 × 3

• Bilanciare il numero di elettroni in gioco, Bilanciare il numero di elettroni in gioco, moltiplicando la semireazione di ossidazione moltiplicando la semireazione di ossidazione per tre e sommare la semireazione di per tre e sommare la semireazione di ossidazione e quella di riduzione ottenendo ossidazione e quella di riduzione ottenendo ll ’’equazione totale:equazione totale:

CrCr22OO772-2- + 6I + 6I-- + 14H + 14H++ = 2Cr = 2Cr3+3+ + 3I + 3I22 + 7H + 7H22OO

KK22CrCr22OO77 + 3H + 3H22SOSO33 + H + H22SOSO44 Cr Cr22(SO(SO44))33 + K + K22SOSO44 + + 4H4H22OO

• CrCr22OO77-- -- ++ 8H8H++ + 3SO + 3SO33

-- -- + + 2Cr2Cr3+ 3+ + 3SO+ 3SO44-- + -- + 4H4H22OO

• 3H3H22O O + 3SO+ 3SO33-- -- 3SO 3SO44

-- + -- + 6e6e- - ++ 6H6H++

• CrCr22OO77-- -- ++ 6e6e- - + 14H+ 14H++ 2Cr2Cr3+ 3+ + 7+ 7 HH22OO

X 3

X 1

Ambiente basicoAmbiente basico

• Una volta individuate le specie ossidanti e Una volta individuate le specie ossidanti e riducenti che prendono parte alla reazione, per riducenti che prendono parte alla reazione, per ogni coppia redox si deve costruire una ogni coppia redox si deve costruire una semireazione bilanciata elettricamente per semireazione bilanciata elettricamente per aggiunta di elettroni e di ossidrili, e bilanciata aggiunta di elettroni e di ossidrili, e bilanciata come massa per aggiunta di ossidrili e molecole come massa per aggiunta di ossidrili e molecole dd ’’acqua.acqua.

Es.Es.

• Cr(OH)Cr(OH)33(s) + ClO(s) + ClO-- + OH- = CrO + OH- = CrO442-2- + Cl + Cl-- + H + H22OO

Semireazione di riduzioneSemireazione di riduzione

+1+1 -1 -1

ClOClO-- = Cl = Cl--

ClOClO-- + 2e + 2e-- = Cl = Cl--

ClOClO-- + 2e + 2e-- = Cl = Cl-- + 2OH + 2OH--

ClOClO-- + H + H22O + 2e- = ClO + 2e- = Cl-- + + 2OH2OH--

Semireazione di Semireazione di ossidazioneossidazione

Cr(OH)Cr(OH)33(s) = CrO(s) = CrO442-2-

Cr(OH)Cr(OH)33(s) = CrO(s) = CrO442-2- + 3e- + 3e-

Cr(OH)Cr(OH)33(s) + 5OH(s) + 5OH-- = CrO = CrO442- 2- + 3e+ 3e--

Cr(OH)Cr(OH)33(s) + 5OH- = CrO(s) + 5OH- = CrO442-2- + 3e + 3e-- + +

4H4H22OO

• La semireazione di riduzione va La semireazione di riduzione va moltiplicata per tre, mentre quella di moltiplicata per tre, mentre quella di ossidazione va moltiplicata per due, ossidazione va moltiplicata per due, quindi si somma membro a membro quindi si somma membro a membro sottraendo molecole dsottraendo molecole d’’acqua e OHacqua e OH--

2Cr(OH)2Cr(OH)33(s) + 3ClO(s) + 3ClO-- + 4OH + 4OH--

2CrO2CrO442-2- + 3Cl + 3Cl-- + 5H + 5H22OO

• Il numero di ossidazione di un atomo aumenta se Il numero di ossidazione di un atomo aumenta se ll ’’atomo si ossida, diminuisce se latomo si ossida, diminuisce se l’’atomo si riduce.atomo si riduce.

1. Si calcolano i numeri di ossidazione di tutti gli elementi, nei reagenti e nei prodotti;2 Si individuano gli elementi che hanno cambiato il numero di ossidazione (supponiamo siano gli atomi A e B in una generica reazione);3 Si calcola di quanto è variato il numero di ossidazione di A (∆A) e di quanto è variato il numero di ossidazione di B (∆B);4 Si dà il coefficiente (∆A) ai composti contenenti B e il coefficiente (∆B) ai composti contenenti A;5 Si bilanciano con il metodo normale tutte le altre specie, e alla fine si bilanciano gli atomi di idrogeno, di ossigeno e le molecole di acqua.

Riassumendo:

•gli elementi dei primi gruppi tendono a cedere gli elementi dei primi gruppi tendono a cedere elettroni e sono quindi riducenti;elettroni e sono quindi riducenti;

•gli elementi degli ultimi gruppi tendono a gli elementi degli ultimi gruppi tendono a prendere elettroni e sono quindi ossidanti;prendere elettroni e sono quindi ossidanti;

•gli elementi dei gruppi intermedi e gli elementi gli elementi dei gruppi intermedi e gli elementi di transizione possono cedere o acquistare di transizione possono cedere o acquistare elettroni, quindi agire come riducenti o come elettroni, quindi agire come riducenti o come ossidanti, a seconda del potere ossidante o ossidanti, a seconda del potere ossidante o riducente delle sostanze con cui reagiscono.riducente delle sostanze con cui reagiscono.