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Il termine mwcqOssidoriduzione o mwcgredox (composto dall'inglese mwcwmwdareduction, riduzione e mwdqmwdgoxidation, ossidazione), in mwdwchimica, indica tutte quelle mweareazioni chimiche in cui cambia il mweqnumero di ossidazione degli mwegatomi, cioè in cui si ha un mwewpassaggio di elettroni da una mwfaspecie chimica ad un'altra.cite-ref-wustl-1-0[1]

Questo tipo di reazione può variare da un semplice processo redox (come l'mwggossidazione del carbonio che genera mwgwdiossido di carbonio o la mwhariduzione del carbonio dall'mwhqidrogeno che produce mwhgmetano), fino alla più complessa ossidazione degli zuccheri nel corpo umano, attraverso una serie di complicati processi di trasferimento degli elettroni.

• Riduzione e ossidazione

• Bilanciamento delle reazioni di ossidoriduzione

• Meccanismo di reazione

• Applicazioni

• Ossidoriduzione del carbonio

• Particolari tipi di reazioni redox

• Note

• Bibliografia

• Voci correlate

• Altri progetti

• Collegamenti esterni

Una reazione redox può essere pensata come lo svolgersi contemporaneo di due distinte "mwigsemireazioni":cite-ref-wustl-1-1[1]

• mwkqossidazione: si manifesta come aumento del mwkgnumero di ossidazione di una mwkwspecie chimica (per esempio mwlamolecola, mwlqatomo o mwlgione), in genere dovuto a una cessione di mwlwelettroni da parte della specie considerata.cite-ref-wustl-1-2[1] La specie chimica che perde elettroni è detta "riducente".

• mwnqriduzione: si manifesta come una diminuzione del numero di ossidazione di una specie chimica, in genere dovuta a un'acquisizione di mwngelettroni da parte della specie.cite-ref-wustl-1-3[1] La specie chimica che acquista elettroni è detta "ossidante".

Quindi le semireazioni di riduzione e di ossidazione comportano sempre un cambiamento nel numero di ossidazione; in particolare un'ossidazione comporta un incremento del numero di ossidazione, mentre una riduzione comporta una diminuzione del numero di ossidazione.cite-ref-wustl-1-4[1]

Le semireazioni di riduzione e ossidazione possono essere rappresentate nel seguente modo:cite-ref-2[2]

Semireazione di riduzione: mwrwspecie ossidante + nmwsaemwsq− → specie ridotta

Semireazione di ossidazione: mwtaspecie riducente → specie ossidata + nmwtqemwtg−

essendo mwuan il numero (o le mwuqmoli) di elettroni scambiati durante la reazione, è uguale in entrambe le semireazioni.

La reazione redox globale può essere quindi rappresentata come:

mwvqspecie ossidante + specie riducente → specie ossidata + specie ridotta

In mwvwelettrochimica, le specie chimiche coinvolte direttamente nel processo di trasferimento di elettroni vengono dette «specie elettroattive», per distinguerle da eventuali altre specie chimiche presenti nel sistema che non subiscono riduzione o ossidazione.

Le reazioni chimiche di ossidoriduzione possono essere bilanciate con vari metodi, tra cui il "metodo ionico-elettronico". Questo metodo consiste nei seguenti passaggi:

1. scrivere i numeri di ossidazione delle specie chimiche per individuare l'ossidante e il riducente;

2. dissociare le mwxgsostanze elettroliti e prenderle in considerazione così come realmente si trovano in soluzione;

3. bilanciare la mwyavalenza dell'elemento mediante l'aggiunta di elettroni;

4. bilanciare la carica dello mwygione mediante l'aggiunta di mwywioni H+ (se si è in ambiente acido) oppure di mwzqOH− (se si è in ambiente basico);

5. bilanciare la massa degli idrogeni con l'aggiunta di mwaaH2O;

6. moltiplicare le reazioni di ossidazione per il numero di elettroni della riduzione e viceversa;

7. sommare le due mwbasemireazioni facendo il mwbqminimo comune multiplo degli elettroni in modo che possano essere semplificati dal calcolo;

8. se necessario, effettuare il bilanciamento degli ossigeni.

Una reazione redox può avvenire in due modi:cite-ref-3[3]

• per "via mweachimica": mettendo in contatto diretto la mweqspecie chimica che si riduce con quella che si ossida; in tal caso la reazione avviene "in fase omogenea" (cioè in un'unica fase);cite-ref-zan7-4-0[4]

• per "via mwgaelettrochimica": separando in due compartimenti le sostanze che si debbono scambiare gli elettroni, i quali vengono fatti passare attraverso un conduttore che collega i due compartimenti; in tal caso la reazione avviene "in fase eterogenea" (cioè all'mwgginterfaccia tra due fasi).cite-ref-zan7-4-1[4]

Nel caso di reazione in fase eterogenea all'mwiainterfaccia mwiqelettrodo-mwigelettrolita, la reazione redox è preceduta e seguita da diversi stadi di reazione, per cui il mwiwmeccanismo di reazione è in genere costituito dai seguenti stadi di reazione:cite-ref-5[5]cite-ref-6[6]

• "trasferimento di massa" di alcuni mwlgreagenti dal bulk dell'elettrolita all'interfaccia elettrodo-elettrolita;cite-ref-7[7]

• mwnqadsorbimento sulla superficie dell'elettrodo di alcuni reagenti;

• reazione redox; tale stadio è anche detto "trasferimento di carica", in quanto durante la reazione redox si ha uno scambio di elettroni tra due mwnwspecie chimiche;

• desorbimento dalla superficie dell'elettrodo di alcuni mwoqprodotti;

• "trasferimento di massa" di alcuni prodotti dall'interfaccia elettrodo-elettrolita al bulk dell'elettrolita;

• cristallizzazione di alcuni prodotti sulla superficie dell'elettrodo;

• svolgimento di reazioni chimiche secondarie prima o dopo la reazione redox;

• trasferimento di massa di alcuni reagenti e prodotti all'interno del bulk dell'elettrolita.

A ciascuno di questi stadi è associata una mwpwsovratensione, cioè una variazione del mwqapotenziale di cella rispetto alle condizioni di equilibrio. In particolare si ha:

• sovratensione per trasferimento di carica (associata alla reazione redox);

• caduta ohmica (associata al trasporto di materia nel bulk dell'elettrolita);

• sovratensione di cristallizzazione;

• sovratensione per reazione chimica.

Allo mwrwstadio cineticamente determinante è associata la sovratensione più elevata.

Le reazioni di ossidoriduzione sono alla base di moltissimi processi mwtwbiochimici essenziali alla vita (un esempio è la mwuarespirazione) e sono sfruttate per la produzione di composti chimici (ad esempio nel mwuqprocesso cloro-soda per ottenere mwugcloro e mwuwidrossido di sodio) e nell'ambito della mwvachimica elettroanalitica.

Se i reagenti vengono mantenuti separati ma viene garantito il contatto elettrico tramite materiali conduttori, è possibile intercettare il flusso di elettroni e sfruttarlo per produrre mwvgcorrente elettrica mwvwcontinua, il cui potenziale dipende dalla natura chimica delle specie coinvolte. Tale principio viene sfruttato nella mwwapila.

Una reazione di ossidoriduzione può avvenire spontaneamente o essere forzata in senso inverso tramite l'applicazione di un opportuno mwwgpotenziale elettrico. Questo fenomeno è ampiamente sfruttato nelle mwwwpile ricaricabili e nelle mwxabatterie per autotrazione (che fungono da accumulatori di mwxqenergia elettrica sotto forma di mwxgenergia chimica), nonché nel processo di mwxwelettrolisi.

L'atomo di carbonio in natura si trova in differenti stati di ossidazione e in mwygchimica organica il numero di ossidazione dipende da numerosi fattori; esso può essere anche frutto di una media che porta a un numero di ossidazione razionale (per esempio nel mwywpropino il numero di ossidazione medio dei carboni è pari a -4/3). Non si può quindi definire a priori una regola precisa, tuttavia generalmente il suo valore segue il seguente ordine:

mwzgmetano < mwzwalcani < mw0aalcheni < mw0qalcoli < mw0galchini < mw0waldeidi < mw1achetoni < mw1qacidi carbossilici < mw1ganidride carbonica

Dove il carbonio assume valore +1 quando è legato con un elemento più elettronegativo, 0 quando è legato con un altro carbonio e -1 quando è legato con un elemento più elettropositivo: il carbonio avrà quindi numero di ossidazione pari a -4 nel metano e a +4 nell'anidride carbonica.

In generale quindi la concezione di ossidoriduzione in mw2qchimica organica è molto diversa rispetto a quella comune, sebbene il meccanismo sia analogo; infatti per riduzione di un carbonio generalmente si intende l'addizione di un idrogeno o di un elemento più elettropositivo del carbonio, come nell'mw2gidrogenazione di un alchene, mentre per ossidazione si intende l'addizione di un ossigeno o generalmente di un elemento più elettronegativo del carbonio, come in un'mw2wepossidazione.

Gli atomi di carbonio a diverso grado di ossidazione nel catabolismo ossidativo vengono portati al grado massimo di ossidazione (COmw3q2) con recupero di energia (processo di mw3grespirazione). Il processo inverso invece che prevede l'anabolismo riduttivo del carbonio dell'mw3wanidride carbonica a carbonio organico è la mw4afotosintesi clorofilliana.

In molti batteri questo non è possibile, in quanto non arrivano alla produzione di COmw4g2, si fermano solamente agli alcoli. Questo processo dei batteri prende il nome di "mw4wfermentazione".

Quindi gli elettroni possono essere trasferiti da uno stato all'altro in quattro modi diversi:

• come singoli elettroni;

• come atomi di H;

• come ione idruro;

• con combinazione diretta con atomi di ossigeno.

Gli enzimi che catalizzano le reazioni di ossidoriduzione sono detti mw6wossidoreduttasi. Alcuni importanti esempi di questa classe di enzimi sono le deidrogenasi e le flavoproteine. Le molecole che subiscono il processo di ossidoriduzione opposto (cioè si riducono se la sostanza organica si ossida, o viceversa) sono poche e sono detti "accettori di equivalenti riducenti". I più comuni sono: NAD, NADP, FAD, FMN.

Nell'ambito delle reazioni redox esistono due tipi di reazione molto particolari: reazioni redox influenzate da pH e reazioni di dismutazione.

Le prime sono delle reazioni il cui andamento è influenzato dal pH della soluzione di partenza; ciò vuol dire che a seconda del pH si possono ottenere diversi prodotti a partire dagli stessi reagenti. Un esempio di queste reazioni è la reazione dello ione permanganato MnOmw7w−4, la cui soluzione è di colore violaceo:

1. in ambiente acido la soluzione di reazione si scolorisce e vengono prodotti ioni manganese Mnmw8g2+, con una riduzione totale del numero di ossidazione di −5, quindi si ha un acquisto di 5 elettroni;

2. in un ambiente neutro o leggermente basico si forma un precipitato di colore bruno, il diossido di manganese MnOmw9a2 mentre la colorazione della soluzione si scurisce; la riduzione totale è di −3 e quindi vengono acquistati altrettanti elettroni;

3. in ambiente nettamente basico la soluzione assume una colorazione verde e vengono formati ioni mw9gmanganato MnOmw9w2−4; la riduzione totale è di −1 e quindi si acquista un solo elettrone per ogni atomo di manganese.

Nei casi di queste reazioni particolari è quindi necessario specificare il pH dell'ambiente di reazione.

Il secondo particolare tipo di ossidoriduzioni sono le cosiddette reazioni di dismutazione o disproporzione; più precisamente queste reazioni sono caratterizzate dalla contemporanea ossidazione e riduzione di una stessa specie chimica. I prodotti sono quindi specie chimiche diverse contenenti lo stesso elemento iniziale che in parte si è ridotto e in parte si è ossidato. Per il loro bilanciamento esistono due metodi ugualmente validi: prendendo, ad esempio, la reazione KClO → KClOmw-g3 + KCl si può bilanciare così:

mwaqamwaqemwaqi KClO ⟶ ⟶ KClO 3 + KCl {\displaystyle {\ce {KClO->KClO3\ +\ KCl}}}

• si uguagliano i valori dell'ossidazione e della riduzione:

mwaqcmwaqgox: Δ +4 mwaqkred: Δ −2 ∙ 2 = 4

• si inseriscono i coefficienti stechiometrici solo ai prodotti:

mwaq4mwaq8mwara KClO ⟶ ⟶ KClO 3 + 2 KCl {\displaystyle {\ce {KClO -> KClO3 \ + \ 2KCl}}}

• si bilancia per confronto la reazione ottenuta:

mwarumwarymwarc 3 KClO ⟶ ⟶ KClO 3 + 2 KCl {\displaystyle {\ce {3KClO -> KClO3 \ + \ 2KCl}}}

mwarsmwarwmwar0 KClO ⟶ ⟶ KClO 3 + KCl {\displaystyle {\ce {KClO->KClO3\ +\ KCl}}}

• si scrivono le semireazioni di ossidazione e riduzione e si bilanciano le cariche:

mwasimwasmmwasq ( Cl + 1 ⟶ ⟶ Cl + 5 + 4 e − − ) ⋅ ⋅ 1 {\displaystyle {\ce {(Cl^{+1}->Cl^{+5}\ +\ 4e^{-})\cdot 1}}} mwasumwasy ( Cl + 1 + 2 e − − ⟶ ⟶ Cl − − ) ⋅ ⋅ 2 {\displaystyle {\ce {(Cl^{+1}\ +\ 2e^{-}->Cl^{-})\cdot 2}}}

• si uguagliano le due semireazioni e si sommano gli ioni aventi ugual carica:

mwassmwaswmwas0 4 e − − + 3 KClO ⟶ ⟶ KClO 3 + 2 KCl + 4 e − − {\displaystyle {\ce {4e^{-}\ + \ 3KClO -> KClO3 \ + \ 2KCl \ + \ 4e^{-}}}}

• si eliminano gli elettroni adottati per il bilanciamento:

mwatimwatmmwatqmwatumwaty 3 KClO ⟶ ⟶ KClO 3 + 2 KCl {\displaystyle {\ce {3KClO -> KClO3 \ + \ 2KCl}}}

cite-note-wustl-11. ↑ mwauumwauymwaucWashington University in St. Louis - Redox Reactions, su mwaugchemistry.wustl.edu.

cite-note-22. ↑ mwauwmwau0Zanello,mwau4 p. 12.

cite-note-33. ↑ mwavimwavmmwavqElettrochimica (mwavumwavyPDF), su mwavcchimica.unipd.it. mwavgURL consultato il 18 ottobre 2010 mwavk(archiviato dall'mwavourl originale il 30 maggio 2009).

cite-note-zan7-44. ↑ mwawamwaweZanello,mwawi p. 7.

cite-note-55. ↑ mwawymwawcKiehne,mwawg p. 11.

cite-note-66. ↑ mwawwmwaw0Zanello,mwaw4 pp. 12-13.

cite-note-77. ↑ Per una rappresentazione dettagliata della struttura dell'interfaccia elettrodo-elettrolita, vedi la voce mwaxiDoppio strato elettrico.

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• citerefzanello(EN) Piero Zanello, Inorganic electrochemistry: theory, practice and applications, Royal Society of Chemistry, 2003, ISBN 0-85404-661-5.

• citerefkiehne(EN) Heinz Albert Kiehne, Battery Technology Handbook, 2ª ed., CRC Press, 2003, ISBN 0-8247-5642-8.

• citerefghibaudiElena Ghibaudi, Alberto Regis, Ezio Roletto, Le reazioni redox: un pasticcio concettuale?, in Perspectives in Science, vol. 5, Elsevier GmbH, ottobre 2015, pp. 14-24.

• mwax4Potenziale standard di riduzione

• mwayaDiagramma di Ellingham

• mwayiIndicatore redox

• mwayqTeoria di Marcus

• mwayyTrasferimento di elettroni

Altri progetti

• Wikizionario

• Wikiversità

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• Wikizionario contiene il lemma di dizionario «ossidoriduzione»

• Wikiversità contiene risorse sull'ossidoriduzione

• Wikimedia Commons contiene immagini o altri file sull'ossidoriduzione

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• mway8Le reazioni di ossidoriduzione, su itchiavari.org.

• mwazeEsercizi sulle equazioni chimiche, su pc.ardoino.com. URL consultato il 5 febbraio 2009 (archiviato dall'url originale il 9 febbraio 2009).