COME CALCOLARE I NUMERI DI OSSIDAZIONE

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1 COME CALCOLARE I NUMERI DI OSSIDAZIONE 1. Il numero di ossidazione (N.O.) degli atomi nelle sostanze elementari è zero 2. I seguenti elementi hanno sempre, nei loro composti, il N.O. indicato: Elemento N.O. Metalli alcalini + 1 Met. alc. terrosi + 2 Boro, Alluminio + 3 Fluoro 1 Eccezioni Idrogeno nei composti con i metalli Ossigeno 2 2 1, nei perossidi (O 2 ); 1/2, nei superossidi (O 2 ); positivo, quando è combinato con il F ( in OF 2 ) 3. In ogni composto la sommatoria dei N.O. di tutti gli atomi è uguale a zero 4. In ogni specie chimica elettricamente carica: a) il N.O. è uguale al valore della carica elettrica se lo ione è monoatomico. b) la sommatoria dei N.O. di tutti gli atomi di uno ione poliatomico, è uguale al valore della carica elettrica dello ione

2 1 IA I NUMERI DI OSSIDAZIONE PIÙ COMUNI H 2 IIA 13 IIIA 14 IVA 15 VA 16 VIA 17 VIIA.. He Li Be B da 4 a C +5 3 N 1 /2 1 2 O 1 F Ne Na Mg 3 IIIB 4 IVB 5 VB 6 VIB 7 VIIB VIII 11 IB 12 IIB Al Si P +6 2 S Cl Ar K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga 4 Ge As Se Br Kr Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe Cs Ba La..... Pt Au Hg Ti Pb Bi Po 1 At Rd

3 GLI ELEMENTI CON NUMERO DI OSSIDAZIONE VARIABILE HANNO VALORI COMPRESI TRA un valore massimo positivo (non sempre raggiunto) corrispondente a quello del gruppo di appartenenza (n) un valore minimo negativo (raggiunto soltanto da pochi elementi) uguale ad n8

4 CONDUZIONE METALLICA ED ELETTROLITICA i i V V 0 V CONDUTTORE di I SPECIE (metalli, grafite) Legge di Ohm i = i = intensità di corrente V = differenza di potenziale ai capi del conduttore R = resistenza del conduttore V R CONDUTTORE di II SPECIE (soluzione elettrolitica) i = VV 0 R La conduzione elettrica ha inizio solo dopo che la differenza di potenziale ha raggiunto il valore soglia, V 0. L intensità di corrente raggiunge un valore limite

5 LEGGE DI FARADAY In forma moderna, I e II LEGGE essere così sintetizzate: possono la quantità di sostanza che si scarica ad un elettrodo è proporzionale alla quantità di carica che attraversa la cella elettrolitica, secondo un fattore di proporzionalità costituito dal peso equivalente. m Q = pe = pe F I t F m: quantità in grammi di sostanza scaricata all elettrodo pe: peso equivalente: quantità di sostanza separata (ossidata o ridotta) da C di elettricità Q: quantità di carica elettrica in Coulomb (C) che attraversa il circuito F: Faraday (96500 C) I: intensità di corrente in Ampere (A) t: tempo in secondi (s)

6 Ovvero: una uguale quantità di carica elettrica separa, da elettroliti diversi, una quantità di sostanza proporzionale ai rispettivi pesi equivalenti. pe = pa z e n E = m pe N = n E V 1 mole di Ag + Cu 2+ Al 3+ 1 mole 107,87 g 1/2 mole 31,77 g 1/3 mole 8,99 g

7 UNA REAZIONE DI OSSIDORIDUZIONE SPONTANEA Zn Soluzione di CuSO 4

8 IL SEGNO DEGLI ELETTRODI NELLA PILA DANIELL anodo catodo Zn + Cu Zn 2+ Zn 2+ Zn 2+ Zn 2+ Cu Cu Cu Cu Soluzione di ZnSO 4 Soluzione di CuSO 4

9 Sale del metallo Catione Anione NM n+ + nn a b M M n+ + n M n+ + n M

10 POTENZIALI REDOX STANDARD Semireazione E (V) F 2(g) + 2 = 2F (aq) 2,87 MnO 4(s) + 8H + 5 = (aq) Mn2+ + 4H O (aq) 2 (l) 1,49 Cl 2(g) + 2 = 2Cl (aq) 1,36 MnO 2(s) + 4H = (aq) Mn2+ + 2H O (aq) 2 (l) 1,28 O 2(g) + 4H = 2H O (aq) 2 (l) 1,23 Ag + + = Ag (aq) (s) 0,80 Fe 3+ + = (aq) Fe2+ (aq) 0,77 Cu = Cu (aq) (s) 0,34 2H = H (aq) 2(g) 0,00 Ni (aq) = Ni (s) 0,25 Fe = Fe (aq) (s) 0,44 Cr = Cr (aq) (s) 0,74 Zn = Zn (aq) (s) 0,76 2H 2 O (l) + 2 = H 2(g) + 2OH (aq) 0,83 Mn = Mn (aq) (s) 1,03 Na + + = Na (aq) (s) 2,71 Ca 2+ (aq) + 2 = Ca (s) 2,76

11 COPPIE CONIUGATE REDOX Il reagente ed il prodotto di una semireazione redox costituiscono una coppia coniugata Miglior ossidante (F 2 ) Agente riducente E M n+ + n M Agente ossidante Miglior riducente (Li) (A BUON OSSIDANTE CORRISPONDE CATTIVO RIDUCENTE)

12 COME USARE I NUMERI DI OSSIDAZIONE PER BILANCIARE LE EQUAZIONI REDOX Assegnare agli atomi presenti nell equazione, i numeri di ossidazione Identificare gli atomi che cambiano numero di ossidazione Rendere uguali da ambedue le parti dell equazione, il numero degli atomi che cambiano numero di ossidazione inserendo coefficienti temporanei Calcolare la variazione totale del numero di ossidazione sia per l ossidazione sia per la riduzione Fare in modo che gli elettroni ceduti siano uguali a quelli acquistati, moltiplicando per appropriati fattori Bilanciare il rimanente per confronto

13 Come usare i numeri di ossidazione per bilanciare le reazioni redox. Un esempio: Ossidazione: 2 ceduti Na 2 O 2 + H 2 O NaOH + O 2 Riduzione: 1 acquistato Porre coefficienti temporanei per bilanciare gli atomi che cambiano numero di ossidazione Na 2 O H 2 O 2 NaOH + O 2 Calcolare il numero totale degli elettroni in gioco 2 x 2 = 4 Na 2 O H 2 O 2 NaOH + O 2 2 x 1 = 2 Uguagliare il numero di elettroni ceduti ed acquistati moltiplicando per 2 la riduzione 2 Na 2 O H 2 O 4 NaOH + O 2

14 COME BILANCIARE LE REAZIONI REDOX IN SOLUZIONE ACIDA METODO IONE ELELETTRONE Dividere l equazione in semireazioni Bilanciare gli atomi diversi da idrogeno ed ossigeno Bilanciare l ossigeno aggiungendo l acqua Bilanciare l idrogeno aggiungendo ioni H + Bilanciare le cariche aggiungendo elettroni Uguagliare gli elettroni acquistati e ceduti Sommare le due semireazioni Cancellare i termini uguali da entrambe le parti

15 Come bilanciare le reazioni redox in soluzione acida Metodo ionelettrone. Un esempio: Dividere la reazione in due semireazioni MnO 4 + S 2 Mn 2+ + SO 2 MnO 4 Mn 2+ riduzione S 2 SO 2 ossidazione Gli atomi diversi dall ossigeno e dall idrogeno sono già bilanciati, si può bilanciare pertanto direttamente prima l ossigeno e poi l idrogeno MnO 4 Mn H 2 O 2 H 2 O + S 2 SO 2 8 H + + MnO 4 Mn H 2 O 2 H 2 O + S 2 SO H + Bilanciare le cariche con gli elettroni H + + MnO 4 Mn H 2 O 2 H 2 O + S 2 SO H continua.

16 Come bilanciare le reazioni redox in soluzione acida Metodo ionelettrone. Un esempio:. continua Uguagliare il numero degli moltiplicando la prima reazione per 6 e la seconda per 5 6 x (5 + 8 H + + MnO 4 Mn H 2 O) 5 x (2 H 2 O + S 2 SO H ) Sommare le due semireazioni e semplificare H MnO 4 6 Mn H 2 O 10 H 2 O + 5 S 2 5 SO H H MnO H 2 O + 5 S 2 6 Mn H 2 O + 5 SO H + 6 MnO S H + 6 Mn SO H 2 O fine

17 COME BILANCIARE LE REAZIONI REDOX IN SOLUZIONE BASICA METODO IONE ELELETTRONE Trattare la reazione come se avvenisse in soluzione acida Aggiungere da entrambe le parti un numero di OH corrispondente a quello degli H + Trasformare OH e H +, presenti dalla stessa parte dell equazione, in acqua Eliminare l acqua per quanto possibile