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4.10:

Reazioni di ossidazione-riduzione

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Chemistry
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Oxidation-Reduction Reactions

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Alcuni processi fondamentali per la vita, tra cui fotosintesi, combustione e corrosione, rientrano nella classe di reazioni dette reazioni di ossidazione-riduzione, o redox. Le reazioni redox consistono in due processi simultanei:ossidazione e riduzione. Il termine ossidazione significa un aumento del numero di ossidazione, che corrisponde alla perdita di elettroni, mentre il termine riduzione significa una diminuzione del numero di ossidazione, che corrisponde al guadagno di elettroni.Per ricordare il ruolo degli elettroni, usa l’acronimo OIL RIG:oxidation is losing, reduction is gaining”ossia, l’ossidazione è perdita, la riduzione è guadagno”L’ossidazione e la riduzione sono processi complementari. In una reazione redox tra due reagenti, un reagente perde elettroni e viene ossidato, mentre l’altro reagente guadagna elettroni e viene ridotto. Considerate la reazione di ossidazione-riduzione fra il potassio, un metallo alcalino, e il cloro, un non metallo.L’atomo di potassio neutro perde un elettrone per diventare uno ione di potassio. Il potassio viene ossidato e la sua carica aumenta da zero nell’atomo neutro ad uno più nel catione. L’atomo di cloro neutro guadagna un elettrone e diventa uno ione cloruro.Il cloro viene ridotto e la sua carica diminuisce da zero nell’atomo neutro ad uno meno nell’anione. Poiché il potassio dona un elettrone, è l’agente riducente, o semplicemente il riducente. Il cloro accetta l’elettrone, quindi è l’agente ossidante o un ossidante.Il processo redox porta alla formazione del cloruro di potassio. In generale, nelle reazioni redox fra metalli alcalini o alcalino terrosi e non metalli, il metallo viene ossidato, e il non metallo viene ridotto per formare un composto ionico attraverso il trasferimento completo di elettroni. Questo è spesso vero anche per le reazioni tra altri metalli, o metalloidi, e non metalli, ma non sempre.Un altro esempio di processo redox è la formazione di acido cloridrico gassoso. Qui, entrambi i reagenti, idrogeno e cloro, sono non metalli, quindi non c’è trasferimento completo di elettroni. Invece, l’idrogeno condivide un elettrone con il cloro in un trasferimento di elettroni parziale o formale.Pertanto, nella formazione del cloruro di idrogeno, l’idrogeno viene ossidato e acquisisce una carica positiva parziale, mentre il cloro si riduce e acquisisce una carica negativa parziale. Poiché si verificano sia processi di ossidazione che di riduzione, questa è una reazione redox. In generale, le reazioni redox tra non metalli comportano il trasferimento parziale di elettroni fra gli elementi per formare un composto covalente.

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Reazioni di ossidazione-riduzione

Reazioni di ossidazione-riduzione

L’atmosfera terrestre contiene circa il 20% di ossigeno molecolare, O2, un gas chimicamente reattivo che svolge un ruolo essenziale nel metabolismo degli organismi aerobici e in molti processi ambientali che modellano il mondo. Il termine ossidazione è stato originariamente usato per descrivere reazioni chimiche che coinvolgono O2, ma il suo significato si è evoluto per riferirsi a una classe di reazione ampia e importante nota come reazioni di ossidazione-riduzione (redox).

Alcune reazioni redox comportano il trasferimento di elettroni tra specie reagenti per produrre prodotti ionici, come la reazione tra sodio e cloro per produrre cloruro di sodio:

Eq1

È utile vedere il processo per quanto riguarda ogni singolo reagente, cioè rappresentare il destino di ogni reagente sotto forma di un’equazione chiamata semireazione:

Eq2

Eq3

Queste equazioni mostrano che gli atomi di Na perdono elettroni mentre gli atomi di Cl (nella molecola cl2) guadagnano elettroni, i pedici “s” per gli ioni risultanti che significano che sono presenti sotto forma di un composto ionico solido. Per reazioni redox di questo tipo, la perdita e il guadagno degli elettroni definiscono i processi complementari che si verificano:

ossidazione = perdita di elettroni

riduzione = guadagno di elettroni

In questa reazione, il sodio viene ossidato e il cloro subisce una riduzione. Visto da una prospettiva più attiva, il sodio funziona come un agente riducente (riduttore), poiché fornisce elettroni al cloro (o lo riduce). Allo stesso modo, il cloro funziona come un agente ossidante (ossidante), in quanto rimuove efficacemente gli elettroni dal sodio (ossida).

agente riducente = specie ossidata

agente ossidante = specie ridotta

In generale, un agente ossidante ottiene un elettrone dall’agente riducente, e si riduce. La carica di un agente ossidante diventa più negativa. Allo stesso modo, un agente riducente perde un elettrone per l’agente ossidante, e si ossida. L’accusa di un agente riducente diventa più positiva.

Alcuni processi redox, tuttavia, non comportano il trasferimento di elettroni. Si consideri, ad esempio, una reazione simile a quella che produce NaCl:

Eq4

Il prodotto di questa reazione è un composto covalente, quindi il trasferimento di elettroni in senso esplicito non è coinvolto. Per chiarire la somiglianza di questa reazione con la precedente e permettere una definizione inequivocabile delle reazioni redox, è stata definita una proprietà chiamata numero di ossidazione.

Questo testo è adattato da Openstax, Chemistry 2e, Sezione 4.2: Classificare le reazioni chimiche.