• Cosa sono le reazioni redox?
• Caratteristiche delle reazioni redox
• Tipi di reazioni redox
• Esempi di reazioni redox
• Applicazioni industriali

Spieghiamo cosa sono le reazioni redox, i tipi che esistono, le loro applicazioni, caratteristiche ed esempi di reazioni redox.

Nelle reazioni redox, una molecola perde elettroni e un'altra li prende.

Cosa sono le reazioni redox?

In chimica, è noto come reazioni di ossidoriduzione, reazioni di riduzione dell'ossido o reazioni di riduzione-ossidazione a reazioni chimiche in cui uno scambio di elettroni tra gli atomi o molecole coinvolti.

Questo scambio si riflette nel cambiamento di stato di ossidazione dei reagenti. Il reagente che cede elettroni subisce ossidazione e quello che li riceve, riduzione.

Lo stato di ossidazione indica la quantità di elettroni che un atomo di un elemento chimico cede o accetta quando fa parte di un reazione chimica. Può anche essere interpretato come il presunto carica elettrica che un certo atomo avrebbe se tutti i suoi legami con altri atomi fossero completamente ionici. Chiamato anche numero di ossidazione o Valencia.

Lo stato di ossidazione è espresso in numeri interi, essendo nullo lo stato di ossidazione per gli elementi neutri. Pertanto, può assumere valori positivi o negativi a seconda del tipo di atomo e della reazione a cui partecipa. D'altra parte, alcuni atomi Hanno stati di ossidazione variabili a seconda della reazione in cui sono coinvolti.

Saper determinare correttamente lo stato o il numero di ossidazione di ciascun atomo in a composto chimico È essenziale comprendere e analizzare le reazioni redox. Ci sono alcune regole che ti permettono di calcolare i loro valori:

• Il numero di ossidazione degli elementi o delle molecole neutri è zero. Ad esempio: metalli solidi (Fe, Cu, Zn…), molecole (O2, N2, F2).
• Il ioni i composti di un singolo atomo hanno numero di ossidazione uguale alla loro carica. Ad esempio: Na+, Li+, Ca2+, Mg2+, Fe2+, Fe3+, Cl–.
• Il fluoro ha sempre uno stato di ossidazione -1 perché è l'elemento più elettronegativo esistente (F–).
• L'idrogeno ha sempre numero di ossidazione +1 (H+), ad eccezione degli idruri metallici (idruro di potassio, KH), dove ha numero di ossidazione -1 (H–).
• L'ossigeno ha numero di ossidazione -2, con poche eccezioni:
  • Quando forma composti con il fluoro, ha un numero di ossidazione di 2+. Ad esempio: difluoruro di ossigeno (OF2).
  • Quando forma perossidi, ha numero di ossidazione -1 (O22-). Ad esempio: perossido di idrogeno (H2O2), perossido di sodio (Na2O2).
  • Quando forma superossidi ha numero di ossidazione -½ (O2–). Ad esempio: superossido di potassio (KO2).
• La somma algebrica dei numeri di ossidazione degli atomi che compongono un composto neutro è zero.
• La somma algebrica dei numeri di ossidazione degli atomi che compongono uno ione poliatomico è uguale alla carica dello ione. Ad esempio: l'anione solfato (SO42-) ha numero di ossidazione -2, che è uguale alla somma dei numeri di ossidazione di zolfo e ossigeno, ciascuno moltiplicato per la quantità di ciascun atomo nel composto, in questo caso ha uno atomo di zolfo e quattro atomi di ossigeno.
• I numeri di ossidazione di alcuni elementi chimici possono variare a seconda del composto neutro o dello ione di cui fanno parte. Quindi, è possibile calcolare il numero di ossidazione di un atomo in un composto come segue:

Dove no() significa numero di ossidazione e l'elemento chimico si trova tra parentesi.

In questo modo, in ogni reazione redox ci sono due tipi di reagenti, uno che cede elettroni e l'altro che li accetta:

• Un agente ossidante. È l'atomo che cattura gli elettroni. In questo senso, il suo stato di ossidazione iniziale diminuisce e si verifica una riduzione. In questo modo aumenta la sua carica elettrica negativa acquisendo elettroni.
• Un agente riducente. È l'atomo che cede gli elettroni e aumenta il suo stato di ossidazione iniziale, subendo l'ossidazione. In questo modo aumenta la sua carica elettrica positiva cedendo elettroni.

Alcuni prodotti chimici possono essere ossidati e ridotti allo stesso tempo. Questi elementi sono chiamati anfoliti e il processo in cui ciò avviene è chiamato amfolizzazione.

Le reazioni redox sono una delle reazioni chimiche più comuni in universo, in quanto fanno parte dei processi di fotosintesi nel impianti e del respirazione negli animali, che consentono la continuità di vita.

Caratteristiche delle reazioni redox

Le reazioni redox sono intorno a noi ogni giorno. L'ossidazione di metalli, il combustione di gas in cucina o addirittura l'ossidazione del glucosio per ottenere ATP nel nostro corpo sono alcuni esempi.

Nella maggior parte dei casi, le reazioni redox rilasciano una quantità significativa di Energia.

Generalmente, ogni reazione redox è costituita da due stadi o semireazioni. In una delle semireazioni avviene l'ossidazione (il reagente viene ossidato) e nell'altra avviene la riduzione (il reagente viene ridotto).

La reazione redox totale, che si ottiene combinando algebricamente tutte le semireazioni, è spesso chiamata "reazione globale". È importante notare che quando le semireazioni sono combinate algebricamente, sia la massa che la carica devono essere regolate. Cioè, il numero di elettroni rilasciati durante l'ossidazione deve essere uguale al numero di elettroni acquisiti durante la riduzione e la massa di ciascun reagente deve essere uguale alla massa di ciascun prodotto.

Per esempio:

• Semireazione di riduzione. Riduzione di rame catturando due elettroni. Diminuisce il suo stato di ossidazione.
  
• Semireazione di ossidazione. Ossidazione del ferro perdendo due elettroni. Aumenta il suo stato di ossidazione.
  
  Reazione globale:
  

Tipi di reazioni redox

Le reazioni di combustione (reazioni redox) rilasciano energia che può creare movimento.

Esistono diversi tipi di reazioni redox, dotati di caratteristiche differenti. I tipi più comuni sono:

• Combustione. La combustione sono reazioni chimiche redox che rilasciano una quantità significativa di energia sotto forma di calore sì luce. Queste reazioni sono ossidazioni veloci che sprigionano molta energia. L'energia rilasciata può essere utilizzata in modo controllato per generare movimento nei motori delle auto. Un elemento chiamato ossidante (che viene ridotto e ossidato al combustibile) e un elemento combustibile (che viene ossidato e ridotto all'ossidante). Alcuni esempi di combustibili sono la benzina e il gas che usiamo nelle nostre cucine, mentre l'ossidante più noto è l'ossigeno gassoso (O2).
• Ossidazione di metalli. Sono reazioni più lente della combustione. Sono comunemente descritti come la degradazione di alcuni materiali, soprattutto metallici, per azione dell'ossigeno su di essi. È un fenomeno conosciuto in tutto il mondo e quotidiano, soprattutto nelle popolazioni costiere, dove i sali dell'ambiente accelerano (catalizzano) la reazione. Ecco perché un'auto, dopo averci portato in spiaggia, deve essere ripulita da ogni traccia di acqua salata.
• Sproporzione. Conosciute anche come reazioni di dismutazione, presentano un unico reagente che viene ridotto e ossidato allo stesso tempo. Un caso tipico è la decomposizione del perossido di idrogeno (H2O2).
• Scorrimento semplice. Chiamate anche "reazioni di sostituzione semplice", si verificano quando due elementi si scambiano i rispettivi posti all'interno dello stesso composto. Cioè, un elemento sostituisce un altro nel suo posto esatto nella formula, bilanciando le rispettive cariche elettriche con altri atomi a seconda dei casi. Un esempio è ciò che accade quando un metallo sposta l'idrogeno in un acido e si formano sali, come accade quando batterie di un apparecchio guasto.

Esempi di reazioni redox

Esempi di reazioni redox sono molto abbondanti. Cercheremo di dare un esempio di ciascuna delle tipologie precedentemente descritte:

• La combustione dell'ottano. Octane è un idrocarburo componente della benzina utilizzato per far funzionare il motore delle nostre auto. Quando l'ottano reagisce con l'ossigeno, l'ottano si ossida e l'ossigeno si riduce, liberando una grande quantità di energia come risultato di questa reazione. Questa energia rilasciata viene utilizzata per generare lavoro nel motore, producendo anche anidride carbonica e vapore acqueo nel processo. L'equazione che rappresenta questa reazione è:
  
• La decomposizione del perossido di idrogeno. È una reazione di dismutazione in cui il perossido di idrogeno si scompone nei suoi elementi costitutivi, acqua e ossigeno. In questa reazione, l'ossigeno viene ridotto diminuendo il suo numero di ossidazione da -1 (H2O2) a -2 (H2O), e viene ossidato aumentando il suo numero di ossidazione da -1 (H2O2) a 0 (O2).
  
• Spostamento dell'argento dal rame. È una reazione di Dislocamento semplice in cui si vede come immergendo un frammento di rame metallico in una soluzione di nitrato d'argento, il colore della soluzione diventa blu e sul frammento di rame si deposita un sottile strato di argento metallico. In questo caso parte del rame metallico (Cu) si trasforma nello ione Cu2+, come parte del nitrato di rame (II) (Cu (NO3) 2), la cui soluzione ha un bel colore blu. Parte del catione Ag+, che fa parte del nitrato d'argento (AgNO3), si trasforma invece in argento metallico (Ag) che si deposita.
  
• Reazione dello zinco con acido cloridrico diluito. È una semplice reazione di spostamento in cui l'idrogeno in HCl (aq) viene spostato dallo zinco per formare un sale.
  
• Ossidazione del ferro. Il ferro metallico si ossida quando entra in contatto con l'ossigeno dal aria. Questo si vede nella vita di tutti i giorni quando gli oggetti di ferro formano uno strato di ruggine bruna se esposti all'aria per lunghi periodi di tempo. In questa reazione, il ferro metallico (Fe), che ha uno stato di ossidazione pari a 0, viene trasformato in Fe3 +, cioè il suo stato di ossidazione aumenta (si ossida). Per questo motivo si dice intuitivamente o colloquialmente: il ferro arrugginisce.
  

Applicazioni industriali

Nelle centrali elettriche, le reazioni redox sono in grado di muovere motori di grandi dimensioni.

Le applicazioni industriali delle reazioni redox sono infinite. Ad esempio, le reazioni di combustione sono ideali per produrre lavoro che serve a generare movimento nei grandi motori utilizzati nelle centrali elettriche per produrre elettricità.

Il processo consiste nel bruciare combustibili fossili per ottenere calore e produrre vapore acqueo in una caldaia, quindi questo vapore viene utilizzato per azionare grandi motori o turbine. D'altra parte, le reazioni di combustione servono anche per far funzionare il motore di autoveicoli che utilizzano combustibili fossili, come le nostre automobili.

Le reazioni redox di sostituzione e di spostamento sono invece utili per ottenere alcuni elementi in uno stato di purezza che non si riscontra spesso nelle natura. Ad esempio, l'argento è altamente reattivo. Sebbene sia raro trovarlo puro nel sottosuolo minerale, un alto grado di purezza può essere ottenuto attraverso una reazione redox. Lo stesso accade quando si tratta di ottenere sali e altro composti.