Strategia di bilanciamento delle reazioni redox in forma molecolare

Strategia di bilanciamento delle reazioni redox in forma molecolare

Prima di procedere al bilanciamento è ovviamente necessario verificare che la reazione sia effettivamente una 'redox'. E' cioè necessario verificare che almeno due elementi abbiano subito durante la reazione dei cambiamenti nei numeri di ossidazione.

Ciò risulta particolarmente evidente quando un elemento si trova da un lato della linea di reazione allo stato elementare (nox = 0) e dall'altro si trova legato all'interno di un composto (nox ≠ 0).

In tutti gli altri casi è necessario calcolare i numeri di ossidazione, scrivendo i numeri di ossidazione variati sopra i rispettivi elementi.

0 -2 -3 0

N₂ + H₂O → NH₃ + O₂

1) Calcolo elettroni ceduti/acquistati. Si uniscono con una freccia gli atomi dell'elemento che si ossida e con un'altra gli atomi dell'elemento che si riduce, individuando in tal modo le semireazioni di ossidazione e di riduzione. In corrispondenza di ciascuna freccia si scrive il numero di elettroni persi ed acquistati, calcolato come prodotto tra la variazione (in aumento o in diminuzione) del numero di ossidazione (Δnox), ed il numero di atomi (indice) dell'elemento che reagisce.

Nell'esempio che segue:

l'Azoto diminuisce il suo nox (riduzione) passando da 0 a -3 con una variazione di 3 elettroni (Δnox = 3) che, moltiplicati per i 2 atomi di azoto presenti in N₂, cioè per l'indice dell'elemento che si riduce, danno 6 elettroni acquistati

L'ossigeno aumenta il suo nox (ossidazione) pssando da -2 a 0, con una variazione di 2 elettroni che, moltiplicati per l'unico atomo di Ossigeno presente in H₂O, cioè per l'indice dell'elemento che si ossida, danno 2 elettroni ceduti

In altre parole i due atomi di azoto che si riducono, acquistando ciascuno 3 elettroni, catturano complessivamente 6 elettroni, mentre l'atomo di ossigeno presente nell'acqua, che si ossida, perde in tutto due elettroni.

2) Scrittura semireazioni e bilancio di massa - Si scrivono le due semireazioni di riduzione e di ossidazione. Si bilanciano gli elementi che si ossidano e che si riducono (bilancio di massa). Nel caso in cui il bilancio di massa implichi una variazione del coefficiente che precede un reagente è necessario moltiplicare per lo stesso numero anche gli elettroni trasferiti nella semireazione, aggiornando il numero di elettroni persi o acquistati.

N₂ + 6e → NH₃

(riduzione)

H₂O → O₂ + 2e

(ossidazione)

In questo caso:

aggiungiamo un 2 davanti all'ammoniaca per bilanciare l'Azoto

N₂ + 6e → NH₃

aggiungiamo un 2 davanti all'acqua per bilanciare l'Ossigeno e aggiorniamo a 4 gli elettroni persi durante la semireazione di ossidazione (ogni molecola d'acqua cede infatti 2 elettroni, 2 molecole d'acqua ne cedono 4)

H₂O → O₂ + e

3) Calcolo del rapporto di scambio elettronico e bilancio elettronico - Si calcola il rapporto di scambio elettronico tra la specie che si riduce e quella che si ossida (rapporto tra elettroni acquistati ed elettroni ceduti). In questo caso il rapporto sarà 6/4 = 3/2. In altre parole per ogni 3 elettroni assorbiti dalla semireazione di riduzione, 2 elettroni vengono ceduti dalla semireazione di ossidazione. Si utilizzano numeratore e denominatore del rapporto di scambio per moltiplicare, in croce, entrambi i membri delle due semireazioni.. In altre parole si usa il numero trovato in una semireazione per moltiplicare l'altra (e viceversa) in modo che siano bilanciati (minimo comune multiplo) gli elettroni trasferiti (bilancio elettronico).

Infatti 2 molecole biatomiche di azoto acquistano complessivamente 12 elettroni, mentre i 6 atomi di ossigeno presenti nelle 6 molecole di acqua perdono complessivamente 12 elettroni.

Sommando membro a membro le due semireazioni si ottiene infine la reazione bilanciata

N₂ + 12e → NH₃

H₂O → O₂ + e

2N₂ + 6H₂O → 4NH₃ + 3O₂