Trasformazione di una redox proposta in forma molecolare in una redox in forma ionica

Trasformazione di una redox proposta in forma molecolare in una redox in forma ionica

Per trasformare una reazione redox molecolare in forma ionica:

1. Si attribuisce ad ogni atomo il nox e si verifica in quali elementi esso subisca una variazione.
2. Si eliminano tutte le molecole i cui atomi mantengano il nox invariato durante la reazione
3. Le molecole rimanenti, i cui atomi abbiano subito variazioni di nox, vengono dissociate se si tratta di sali, acidi ed idrossidi. Non si dissociano in genere le molecole biatomiche dei gas ed i composti binari come ossidi, anidridi, perossidi, idruri etc.
4. Si osserva in quale ambiente avviene la reazione (acido, basico o neutro), per poter poi effettuare correttamente il bilancio di carica. In particolare si verifica se tra i composti sono presenti acidi o basi.
5. Si riportano nella reazione solo le molecole e gli ioni, ottenuti dalla dissociazione, che contengano atomi che abbiano subito variazioni di nox.

Esempio 1

Proviamo a trasformare in forma ionica la seguente redox scritta in forma molecolare

K₂Cr₂O₇ + KI + HNO₃ → KNO₃ + Cr(NO₃)₃ + I₂ + H₂O

Assegniamo i numeri di ossidazione ed individuiamo le specie chimiche i cui atomi abbiano subito variazioni di nox

Il Cromo e lo Iodio sono gli elementi che variano il nox durante la reazione

Eliminiamo le specie chimiche che non contengono Cromo e Iodio

K₂Cr₂O₇ + KI → Cr(NO₃)₃ + I₂

dissociamo, se possibile, le rimanenti

K₂Cr₂O₇ → 2K⁺ + Cr₂O₇^2-

KI → K⁺ + I^-

Cr(NO₃)₃ → Cr³⁺ + 3NO₃^-

riportiamo nella reazione solo le molecole e gli ioni, ottenuti dalla dissociazione, che contengano Cromo e Iodio

Cr₂O₇^2- + I^- → Cr³⁺ + I₂

L'ambiente è acido per presenza di HNO₃, per cui quando si effettuerà il bilancio di carica dovranno essere introdotti ioni H⁺.

La reazione scritta in forma ionica netta è la seguente

Cr₂O₇^2- + I^- Cr³⁺ + I₂

Bilanciamola.

Scriviamo la semireazione di riduzione del Cromo. Ciascun atomo di Cromo acquista 3 elettroni passando da un nox = +6 ad un nox = +3. Dunque i due atomi di Cromo dell'anione bicromato acquistano complessivamente 6 elettroni

Cr₂O₇^2- + 6e → Cr³⁺

Eseguiamo il bilancio di massa del cromo

Cr₂O₇^2- + 6e → Cr³⁺

Scriviamo ora la semireazione di ossidazione dello Iodio. Ciascun atomo di Iodio perde 1 elettrone passando da un nox = -1 ad un nox = 0.

I^- → I₂ + 1e

eseguiamo il bilancio di massa dello Iodio aggiornando il numero di elettroni persi

I^- → I₂ + 2e

Il rapporto di scambio elettronico è di 6/2 = 3/1. Moltiplichiamo dunque per 1 la semireazione di riduzione e per 3 la semireazione di ossidazione

(Cr₂O₇^2- + 6e → 2Cr³⁺) x 1 = Cr₂O₇^2- + 6e → 2Cr³⁺

( 2I^- → I₂ + 2e) x 3 = I^- → I₂ + e

Sommiamo membro a membro le due semireazioni ed otteniamo

Cr₂O₇^2- + I^- → 2Cr³⁺ + I₂

Eseguiamo il bilancio di carica.

Ci sono 8 cariche negative tra i reagenti e 6 positive tra i prodotti. Aggiungiamo dunque 14 ioni H⁺ tra i reagenti e ribilanciamo la massa aggiungendo 7 molecole di acqua tra i prodotti

Cr₂O₇^2- + I^- + H⁺ → 2Cr³⁺ + I₂ + H₂O

A questo punto possiamo utilizzare i coefficienti trovati per scrivere l'equazione completa in forma molecolare

K₂Cr₂O₇ + KI + HNO₃ → KNO₃ + Cr(NO₃)₃ + I₂ + H₂O

Si può notare come tra i prodotti di reazione manchino 7 ioni K⁺ e 7 ioni NO₃^-. Aggiungiamo dunque un coefficiente 8 davanti al nitrato di potassio

K₂Cr₂O₇ + 6KI + 14HNO₃ → KNO₃ + 2Cr(NO₃)₃ + 3I₂ + 7H₂O

Ciò equivale ad aver aggiunto 14 ioni spettatori (ioni che non partecipano alla redox) alla reazione.

Esempio 2

Al_(s) + HNO_3(aq) → Al(NO₃)_3(aq) + NH_3(g) + H₂O

Dalle notazioni di fase (i pedici che indicano lo stato fisico delle specie che partecipano alla reazione) deduciamo che l'acido nitrico si trova in soluzione acquosa e quindi la reazione avviene in ambiente acido. Individuiamo gli elementi che variano il loro numero di ossidazione.

0 +3

Al_(s) + HNO_3(aq) → Al(NO₃)_3(aq) + NH_3(g) + H₂O

L'Alluminio e l'Azoto sono gli elementi che variano il nox durante la reazione. Eliminiamo le specie chimiche che non contengono Alluminio e azoto

Al + HNO₃ → Al(NO₃)₃ + NH₃

dissociamo, se possibile, le rimanenti

HNO₃ → H⁺ + NO₃^-

Al(NO₃)₃ → Al³⁺ + 3NO₃^-

riportiamo nella reazione solo le molecole e gli ioni, ottenuti dalla dissociazione, che contengano Alluminio e Azoto. Tenendo tuttavia conto del fatto che l'anione nitrato in parte si riduce ad ammoniaca ed in parte rimane inalterato, possiamo escluderlo dai prodotti di reazione (in quanto come prodotto di reazione non partecipa alla redox).

Al + NO₃^- → Al³⁺ + NH₃

Scriviamo la semireazione di ossidazione dell'Alluminio. Ciascun atomo di Alluminio perde 3 elettroni passando da un nox = 0 ad un nox = +3.

Al → Al³⁺ + 3e

La semireazione è già bilanciata in massa (un atomo di alluminio per parte)

Scriviamo la semireazione di riduzione dell'Azoto. Ciascun atomo di Azoto acquista 8 elettroni passando da un nox = +5 ad un nox = -3.

NO₃^- + 8e → NH₃

La semireazione è già bilanciata in massa (un atomo di Azoto per parte).

Il rapporto di scambio elettronico è di 3/8. Effettuiamo dunque il bilancio elettronico, moltiplicando per 8 la semireazione di ossidazione e per 3 la semireazione di riduzione.

(Al → Al³⁺ + 3e) x 8 = Al → Al³⁺ + e

(NO₃^- + 8e → NH₃) x 3 = NO₃^- + e → NH₃

Sommiamo membro a membro

8Al + 3NO₃^- → 8Al³⁺ + 3NH₃

Eseguiamo il bilancio di carica. Ci sono 3 cariche negative tra i reagenti e 24 cariche positive tra i prodotti. Aggiungiamo dunque 27 ioni H⁺ tra i reagenti per bilanciare la carica e 9 molecole d'acqua tra i prodotti per ribilanciare la massa

H⁺ + 8Al + 3NO₃^- → 8Al³⁺ + 3NH₃ + H₂O

A questo punto possiamo utilizzare i coefficienti trovati per scrivere l'equazione completa in forma molecolare

8Al + 27HNO₃ → 8Al(NO₃)₃ + 3NH₃ + 9H₂O

Si noti come si siano aggiunti 24 ioni NO₃^- spettatori tra i reagenti e 24 tra i prodotti di reazione.