Una reazione di ossidoriduzione, o reazione "redox" in breve, comporta lo scambio di elettroni tra atomi. Per determinare cosa succede a quali elementi in una reazione redox, è necessario determinare i numeri di ossidazione per ciascun atomo prima e dopo la reazione. I numeri di ossidazione rappresentano la potenziale carica di un atomo nel suo stato ionico. Se il numero di ossidazione di un atomo diminuisce in una reazione, viene ridotto. Se il numero di ossidazione di un atomo aumenta, viene ossidato.
Regole generali sul numero di ossidazione
Per determinare il numero di ossidazione di un atomo, è necessario considerare una serie di regole generali. Innanzitutto, il numero di ossidazione delle sostanze elementari è zero. In secondo luogo, il numero di ossidazione di uno ione contenente un solo atomo è uguale alla carica di quello ione. Terzo, la somma dei numeri di ossidazione degli elementi in un composto è uguale a zero. In quarto luogo, i numeri di ossidazione degli elementi in uno ione con più atomi si aggiungono alla carica complessiva.
Regole del numero di ossidazione specifico dell'elemento
Un certo numero di elementi o gruppi di elementi hanno numeri di ossidazione prevedibili. Considera anche le seguenti regole. Innanzitutto, l'ossidazione di uno ione del gruppo 1A è +1. In secondo luogo, il numero di ossidazione di uno ione del gruppo 2A è +2. Terzo, il numero di ossidazione dell'idrogeno è tipicamente +1, a meno che non si combini con un metallo. In tal caso, ha un numero di ossidazione di -1. In quarto luogo, il numero di ossidazione dell'ossigeno è tipicamente -2. Quinto, il numero di ossidazione di uno ione fluoro in un composto è sempre -1.
Determinazione dei numeri di ossidazione
Le regole del numero di ossidazione aiutano a determinare i numeri di ossidazione di elementi sconosciuti nell'equazione chimica. Si consideri ad esempio la seguente equazione chimica:
Zn + 2HCl --> Zn2+ + H2 +2Cl-
A sinistra, lo zinco ha numero di ossidazione zero. L'idrogeno è legato a un non metallo e quindi ha numero di ossidazione +1. La carica netta di HCl è zero, quindi il cloro ha numero di ossidazione -1. Sul lato destro, lo zinco ha un numero di ossidazione di +2, che è identico alla sua carica ionica. L'idrogeno si presenta nella sua forma elementare e quindi ha numero di ossidazione pari a zero. Il cloro ha ancora un numero di ossidazione di -1.
Confrontando i due lati
Per determinare cosa viene ossidato e cosa viene ridotto in una reazione redox, è necessario tenere traccia dei cambiamenti nei numeri di ossidazione tra i due lati dell'equazione. Nell'equazione sopra, lo zinco iniziava con zero e finiva con +2. L'idrogeno iniziava a +1 e finiva a zero. Il cloro è rimasto a -1. Il numero di ossidazione dello zinco è aumentato. Pertanto, lo zinco è stato ossidato. Il numero di ossidazione dell'idrogeno è diminuito. Pertanto, l'idrogeno è stato ridotto. Il cloro non ha subito variazioni nel numero di ossidazione e quindi non è stato né ridotto né ossidato.