Le ossidoriduzioni

Le ossidoriduzioni

Le ossidoriduzioni sono delle reazioni chimiche in cui una sostanza perde degli elettroni mentre un’altra, che può essere dello stesso tipo o diverso, le acquisisce. Questo tipo di reazione sta alla base dell’utilizzo delle pile e delle batterie proprio per il fatto che sono composti da due poli: quello positivo perché è formato da elementi che cedono elettroni e uno negativo che acquista elettroni.

Gli elettroni sono delle particelle all’interno di ciascun atomo dotati di una carica elettrica negativa, cioè opposta a quelle dei protoni corrispondenti, e che vengono usate dagli atomi per legarsi tra loro e per formare nuove sostanze. Il movimento degli elettroni può condurre l’elettricità o, nel caso delle ossidoriduzioni, utilizzare dei materiali per produrre delle batterie.

Questo tipo di reazione avviene all’interno di soluzioni acquose, in modo che gli elettroni sono liberi di muoversi. Quando un elemento chimico cede o acquista un elettrone viene chiamato ione e al suo simbolo della tavola periodica viene aggiunto un segno + nel primo caso oppure un segno nel secondo caso. Quando invece un elemento possiede lo stesso numero di elettroni che avrebbe in origine, viene detto che si trova allo stato ridotto.

L’ossidoriduzione consiste, in realtà, di due reazioni chimiche distinte che avvengono contemporaneamente. Un elemento chimico cede i suoi elettroni e si ossida mentre un altro riceve lo stesso numero di elettroni e si riduce. I due processi vengono chiamati ossidazione (ox) e riduzione (red) e dato che operano assieme per formare una sola reazione vengono definiti semireazioni. Dai simboli dei nomi dei due processi deriva anche il nome di reazioni redox.

L’esempio più semplice che viene usato per spiegare le ossidoriduzioni è quello di una lamina di rame (simbolo Cu) immersa in una soluzione di nitrato di argento (AgNO3). La soluzione è formata già da degli ioni, in quanto l’argento cede un elettrone che viene ricevuto dal nitrato. Ma quando la lamina viene immersa nella soluzione, su di essa si forma una sostanza solida grigia mentre il colore della soluzione, che prima era trasparente, si colora di azzurro. Questo perché il rame cede i suoi elettroni che vengono assorbiti dallo ione argento che aveva perso un elettrone e che ritorna così allo stato ridotto.

Il bilanciamento delle ossidoriduzioni

Come si bilancia una reazione di ossidoriduzione? Il procedimento è molto simile a quello per bilanciare le normali reazioni chimiche, dando la precedenza alle sostanze che cedono e acquisiscono gli elettroni tenendo presente che il numero di elettroni persi da un elemento devono corrispondere al numero di elettroni che l’altro elemento acquisisce.

Riprendendo l’esempio sopra, possiamo bilanciare la reazione tra la lamina di rame e il nitrato di argento:

_Cu (s) + _Ag(NO3) (aq) -> _Cu(NO3) (aq) + _Ag (s)

Dall’equazione che abbiamo scritto, stiamo dicendo che se un elemento di rame solido reagisce con una soluzione acquosa contenente argento, i prodotti ottenuti saranno una soluzione acquosa a base di rame e argento solido. Ma quanta massa di ciascun materiale occorre?

Per stabilirlo dobbiamo determinare il numero di elettroni ceduti e assorbiti e fare in modo che coincidano aggiungendo più massa ad uno dei due elementi. Tra i reagenti abbiamo il nitrato di argento (Ag(NO3)) mentre tra i prodotti il nitrato rameico (Cu(NO3)). Dobbiamo vedere a quanto corrisponde il loro numero di ossidazione (abbreviato con le lettere N.O.), che indica il numero di elettroni ceduti se il valore è di segno positivo, o acquisiti se è di segno negativo. Per farlo dobbiamo consultare la tavola periodica degli elementi e questa tabella, dove viene indicato il numero di ossidazione di vari composti ionici.

Cu (s) ->Cu2+(NO3)

In questo caso il nitrato ha N.O. = -1, perciò dobbiamo aggiungere 2 moli di questo composto per compensare il rame.

Cu (s) ->Cu2+(NO3)2

Se si guarda la tavola periodica, possiamo vedere che l’argento cede sempre soltanto un elettrone, quindi il suo N.O è sempre +1.

Ag(NO3) -> Ag(s)

_Cu (s) + _Ag(NO3) (aq) -> _Cu(NO3)2 (aq) + _Ag (s)

Adesso dobbiamo bilanciare il numero di elettroni ceduti dal rame e acquisiti dall’argento:

Cu (s) + 2 eì->Cu2+ (aq)

Ag (s) -> Ag (aq) + e-

Notiamo che per bilanciare le masse dei due elementi dobbiamo raddoppiare la mole dell’argento

2 Ag (s) -> 2 Ag (aq) + 2 e-

A questo punto possiamo scrivere l’equazione della reazione bilanciata e se si conta il numero di atomi dei reagenti vediamo che è uguale a quello dei prodotti.

Cu + 2 Ag(NO3) -> Cu(NO3)2 + 2 Ag

Per comodità, in questo esempio si è voluto bilanciare prima il nitrato, cioè il triossido di azoto (NO3). Per avere più familiarità con il bilanciamento delle ossidoriduzioni si consiglia di consultare il proprio libro di testo e fare degli esercizi in modo di sapere padroneggiare meglio questo argomento.

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