Reazioni di ossidoriduzione

Gli stati di ossidazione degli elementi assumono particolare importanza nel corso delle reazioni di ossidoriduzione.

Lo stato di ossidazione di un atomo indica il numero di elettroni che l’atomo che si sta considerando può perdere, acquisire o mettere in compartecipazione combinandosi con altri atomi per formare molecole o ioni poliatomici. Questo è indicato con un numero posto all’apice dell’elemento e può assumere valori positivi o negativi.

Gli elementi chimici possono avere solo determinati stati di ossidazione, dal momento che questi sono limitati dalla configurazione elettronica e dalla grandezza dell’atomo; per cui sarà possibile trovare elementi nello stesso gruppo della tavola periodica con numeri d’ossidazione differenti: genericamente all’aumentare del raggio atomico l’elemento meglio sopporta stati di ossidazione più grandi.

Le reazioni di ossidoriduzione sono il caso principe in cui si ha a che fare con gli stati di ossidazione: come suggerisce il nome della tipologia di reazione, è presente una specie che acquisisce elettroni e permette all’altra di cederli: si riduce; l’altra specie che prende parte alla reazione cede elettroni: si ossida.

L’agente riducente, quindi quello che permette all’altro reagente di ridursi, vedrà aumentato il suo stato d’ossidazione, perché avrà ceduto uno o più elettroni. Viceversa, l’agente ossidante avrà acquisito gli elettroni in questione e alla fine della reazione sarà caratterizzato da un numero di ossidazione inferiore rispetto a quello iniziale.

Il numero degli elettroni scambiati tra i due reagenti dev’essere costante, cioè non si verificheranno “perdite” di particelle. A tal fine può risultare necessario bilanciare la reazione per fare in modo che le quantità iniziali siano pari a quelle finali.

Sopra gli elementi sono riportati gli stati di ossidazione degli elementi che in questo particolare caso sono d’interesse: salta subito all’occhio che le specie molecolari, cioè le molecole formate da atomi uguali, hanno stato di ossidazione pari a 0. Le altre molecole invece presentano stati di ossidazione diversi da 0.

La prima fase di analisi prevede l’individuazione dell’agente riducente – nel caso in esame l’ossigeno, che fornisce gli elettroni necessari all’azoto per ridursi – e dell’agente ossidante – l’azoto, che accetta gli elettroni ceduti dall’O2.

Una volta determinati gli elettroni necessari all’uno e all’altro si procede con il bilanciamento della reazione:

2 N2 + 6 H2O  4 NH3 + 3O2

Le reazioni di ossidazione e riduzione avvengono simultaneamente: da qui il nome di reazione di ossidoriduzione, o redox.

di Marta Maresca