Come calcolare le reazioni di ossidoriduzione

La chimica è una materia affascinante quanto insidiosa, soprattutto quando si studia a scuola. Per la stragrande maggioranza degli studenti i primi approcci con questo tipo di scienza sono sempre piuttosto problematici, poiché si tratta di argomenti alquanto complessi. Tuttavia, con l'aiuto di un bravo insegnante e tanto esercizio si può acquisire una certa padronanza delle formule chimiche. Tra i vari argomenti correlati a questa materia didattica, troviamo le ossidoriduzioni. Qui di seguito ci soffermeremo con particolare attenzione su questo tema. Vedremo infatti come calcolare le reazioni di ossidoriduzione seguendo alcune pratiche indicazioni. Prepariamo dunque carta e penna per annotare le principali nozioni relative alle reazioni chimiche.

• Manuale di chimica
• Conoscenza di base sulle ossidoriduzioni
• Dimestichezza con i calcoli
• Calcolatrice scientifica

Per poter calcolare in modo corretto le reazioni di ossidoriduzione, dobbiamo anzitutto conoscere la definizione di tali procedimenti. Le reazioni redox, che vengono indicate con il termine "ossidoriduzioni", appartengono alla categoria delle reazioni chimiche. Durante un processo di ossidoriduzione si assiste ad un trasferimento di elettroni, che si verifica tra due o più specie chimiche diverse tra loro. Il passaggio di elettroni favorisce un rilascio di energia e si ha una variazione di volume per quanto riguarda i numeri di ossidazione dei vari elementi. La specie chimica che cede i suoi elettroni subisce un processo di riduzione, mentre quella che li riceve si avvale dell'ossidazione. Grazie alle ossidoriduzioni si riesce a produrre persino energia elettrica e questo fenomeno è alla base dell'elettrochimica.

Ora che abbiamo un quadro ben preciso sulle reazioni di ossidoriduzione, possiamo occuparci del loro calcolo. Iniziamo con il bilanciamento delle redox, facendo un esempio pratico sul suo impiego. L'equazione finale ci restituirà una formula in cui vengono indicati i coefficienti degli elementi che si ossidano o riducono. Prendiamo come riferimento la reazione di ossidoriduzione che coinvolge lo zinco e l'acido cloridrico. Questo esempio viene utilizzato molto spesso per spiegare le reazioni redox. Partendo dunque da "Zn + HCl", otterremo come risultato "ZnCl2 + H2". L'equazione bilanciata che ne risulta è "Zn + 2HCl -> ZnCl2 + H2". Per un corretto bilanciamento dobbiamo pertanto fare attenzione ai numeri di ossidazione coinvolti nella reazione. Vediamo come si fa per individuarli.

Durante una reazione chimica di ossidoriduzione, occorre osservare la variazione dei numeri di ossidazione dei vari elementi. Andiamo ad analizzare l'esempio che abbiamo preso in esame. Lo zinco presenta un valore pari a 0 e con una reazione redox acquisisce un +2. Contemporaneamente, l'idrogeno perde il proprio numero, che è +1, e passa a 0. L'unico elemento che resta invariato è il cloro. Ne deriva dunque che il coefficiente dello zinco è 1. Invece quello dell'idrogeno è 2. In altre parole, quando un atomo di zinco subisce un processo di ossidazione, allo stesso tempo due atomi di idrogeno reagiscono con la riduzione. Nel nostro caso, l'elemento contenente l'idrogeno è l'acido cloridrico, quindi il coefficiente +2 appartiene ad HCl. Da qui possiamo dunque comprendere l'equazione bilanciata che abbiamo esplicitato nel passaggio precedente. Otterremo pertanto "Zn + 2HCl -> ZnCl2 + H2", poiché abbiamo indicato i coefficienti di ossidazione di zinco e acido cloridrico. Quello dello zinco si può omettere, mentre l'altro va specificato.

Il bilanciamento delle ossidoriduzioni ci apre la strada verso l'ultimo passaggio utile per il calcolo di tali reazioni. Quest'ultimo ci serve per capire bene in quale misura vengono impiegate le specie chimiche coinvolte nel processo di reazione redox. Per questo motivo parleremo di calcolo stechiometrico. La stechiometria si affianca sempre al bilanciamento, poiché ci fornisce una stima ben precisa delle quantità di sostanza impiegate nel corso delle ossidoriduzioni. Torniamo all'esempio relativo alla reazione redox tra zinco e acido cloridrico. Se abbiamo 10 grammi di zinco, le moli di ZnCl2 saranno pari a 0.152. Il rapporto stechiometrico tra zinco e acido cloridrico è il seguente: 1 : 2 = 0.152: x. Il valore della x corrisponde dunque a 0.304. Concludiamo affermando che la quantità di acido cloridrico coinvolto sarà pari a 11 grammi. Tale risultato si ottiene dalla seguente moltiplicazione: 0.304 moli × 36.46 g/mol = 11 g.

• Prima di eseguire il calcolo delle reazioni redox, è preferibile studiarne la definizione e le nozioni principali.
• Esercitarsi con costanza per acquisire disinvoltura nel calcolo delle reazioni redox.

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