PARTE 2
TEMA 6. Funzioni redox delle sostanze e direzione delle reazioni redox
Direzione delle reazioni di ossidoriduzione

La direzione di una reazione redox può essere determinata dalla variazione dell’energia di Gibbs ∆G. Se ∆G < 0, la reazione è possibile; se ∆G > 0, è impossibile. Dalla termodinamica si sa che ∆G = -n·F·E; E = φoss - φrid oppure φoss > φrid, il che è possibile quando E > 0 e ∆G < 0.
Consideriamo la reazione:
Essa consiste di due semireazioni:
Poiché φoss > φrid, la reazione può avvenire spontaneamente da sinistra verso destra.
2FeCl3 + 2KI → 2FeCl2 + I2 + 2KCl
Tra tutte le reazioni redox possibili nelle condizioni date, avviene per prima quella con la maggiore differenza di potenziali redox.
Le reazioni redox avvengono nella direzione della formazione di ossidanti e riducenti più deboli a partire da quelli più forti.

Ruolo dei processi redox. I processi redox svolgono un ruolo importante in natura e nella tecnologia. Le reazioni redox includono la fotosintesi nelle piante, la respirazione negli animali e nell’uomo, la combustione dei combustibili. A volte le reazioni redox causano danni alla natura e all’uomo, come nel caso della corrosione dei metalli, degli incendi boschivi e della formazione di diossine tossiche.

Con l’aiuto delle reazioni redox si ottengono metalli, composti organici e inorganici, si effettuano analisi di varie sostanze, si purificano acque naturali e reflue, emissioni gassose.

Processi elettrochimici
I processi elettrochimici sono reazioni di ossidoriduzione accompagnate dalla generazione di corrente elettrica oppure provocate da corrente elettrica.
Nei processi elettrochimici, le semireazioni di ossidazione e riduzione sono separate nello spazio e gli elettroni passano dal riducente all’ossidante non direttamente, ma attraverso un conduttore esterno, generando corrente elettrica. In questo tipo di reazioni redox si osserva una conversione reciproca tra energia chimica ed energia elettrica.
Si distinguono due gruppi di processi elettrochimici:

·        processi di conversione dell’energia elettrica in energia chimica (elettrolisi);

·        processi di conversione dell’energia chimica in energia elettrica (elementi galvanici).

Il sistema elettrochimico più semplice è costituito da due elettrodi – conduttori di prima specie con conduzione elettronica – a contatto con un elettrolita liquido (soluzione, fusione) o solido – conduttore ionico di seconda specie. Gli elettrodi sono collegati da un conduttore metallico che forma il circuito esterno del sistema elettrochimico.

Nelle reazioni redox tra sostanze organiche e inorganiche, le sostanze organiche agiscono più spesso da riducenti. Ad esempio, durante la combustione di una sostanza organica in eccesso di ossigeno si formano sempre anidride carbonica e acqua. Le reazioni con ossidanti meno attivi sono più complesse. In questo paragrafo vengono considerate solo le reazioni tra rappresentanti dei principali gruppi funzionali dei composti organici e alcuni ossidanti inorganici.

Reazioni redox in chimica organica
Alcheni. Con ossidazione blanda, gli alcheni si trasformano in glicoli (alcoli bivalenti). Gli atomi riducenti in queste reazioni sono gli atomi di carbonio coinvolti nel doppio legame.
La reazione con permanganato di potassio in ambiente neutro o leggermente alcalino avviene come segue:
C2H4 + 2KMnO4 + 2H2O → CH2OH–CH2OH + 2MnO2 + 2KOH (raffreddamento)
In condizioni più drastiche, l’ossidazione provoca la rottura della catena carboniosa lungo il doppio legame, con formazione di due acidi (in ambiente fortemente alcalino – due sali) oppure di un acido e anidride carbonica (in ambiente fortemente alcalino – sale e carbonato):

  1. 5CH3CH=CHCH2CH3 + 8KMnO4 + 12H2SO4 → 5CH3COOH + 5C2H5COOH + 8MnSO4 + 4K2SO4 + 17H2O (riscaldamento)

  2. 5CH3CH=CH2 + 10KMnO4 + 15H2SO4 → 5CH3COOH + 5CO2 + 10MnSO4 + 5K2SO4 + 20H2O (riscaldamento)

  3. CH3CH=CHCH2CH3 +

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