Ossidoriduzioni

Il numero di ossidazione

Il numero di ossidazione è la carica apparente che un elemento mostra in un composto, in confronto agli altri atomi con cui è legato.

Previsione dei numeri di ossidazione

Tenendo in considerazione le regole sotto elencate, è possibile prevedere il numero di ossidazione (n.o.) in un composto. Il numero si scrive in alto, sopra il simbolo:

• Una sostanza elementare ha sempre n.o. 0
• Uno ione ha n.o. corrispondente alla sua carica
• Una molecola ha complessivamente n.o. 0
• L'idrogeno ha generalmente n.o. +1
• L'ossigeno ha in genere n.o. -2
• Gli elementi del primo gruppo hanno n.o. +1
• Gli elementi del secondo gruppo hanno n.o. +2

Se, ad esempio, vogliamo conoscere il n.o. degli elementi di H₂SO₄, dobbiamo procedere nella seguente maniera:

1. Complessivamente la molecola ha n.o. 0;
2. (il numero scritto sotto è un artificio per indicare il valore totale del n.o. dell'idrogeno, considerando la presenza di due atomi);
3. 
4. Con la semplice operazione matematica: si stabilisce il valore di X, cioè di S, che ha n.o. +4; quindi abbiamo:

Reazioni di ossidoriduzione (redox)

Una ossidoriduzione è una reazione di trasferimento apparente di elettroni da un elemento ad un altro. Il numero degli elettroni ceduti deve essere sempre uguale a quello degli elettroni acquistati.

L'ossidazione è data dalla perdita di elettroni, per cui il n.o. aumenta; nella reazione il composto che perde elettroni è l'agente riducente.

La riduzione comporta l'acquisto di elettroni, con diminuzione del n.o.; il composto che si riduce è l'agente ossidante.

Vediamo una reazione completa:

1. Scriviamo i numeri di ossidazione di ciascun elemento:

   

2. Individuiamo le coppie di elementi che si sono ossidati e ridotti:

   

3. Il carbonio si è ossidato perdendo 2 elettroni, mentre l'idrogeno si è ridotto acquistando un elettrone per ogni atomo:

   

   

    

Spontaneità delle ossidoriduzioni

Immergiamo una lamina di zinco in una soluzione di CuSO₄. La reazione teorica è:

Zn + CuSO₄ → Cu + ZnSO₄

Osservando dopo un po' di tempo ciò che è accaduto nel recipiente, notiamo che si è depositato uno strato di rame metallico sulla lamina, mentre questa si è leggermente consumata. Contemporaneamente c'è un leggero aumento della temperatura.

Assegnando i numeri di ossidazione alla reazione in alto possiamo comprendere ciò che è avvenuto dal punto di vista chimico.

Zn si ossida perdendo 2 elettroni e diventando uno ione incolore che passa in soluzione:

 
ossidazione

Lo ione rame acquista i 2 elettroni ceduti dallo zinco, depositandosi come rame metallico:

 
riduzione

La reazione complessiva è:

Immergiamo ora una lamina di rame in una soluzione di ZnSO₄. La reazione teorica è:

Cu + ZnSO₄ → Zn + CuSO₄

L'osservazione sperimentale, invece, ci mostra che non è successo nulla: il rame non è passato in soluzione e lo zinco non si è depositato sulla lamina.

Da queste due esperienze possiamo concludere che il rame ha una maggiore capacità di acquistare ioni rispetto allo zinco, perciò non esiste una specie ossidante o riducente in assoluto, ma una specie è più o meno ossidante (o riducente) di un'altra e non tutte le ossidoriduzioni sono spontanee.