catodo: O2 + 2 H2O + 2 e- → 2OH-
in realtà perché tornino massa e carica dovresti avere 4 e- e 4 OH-
dio madonna continuo ad avere le idee confuse, probabilmente perché dovrei capire ad occhio che cosa avviene all'anodo e cosa al catodo, ma guardando una reazione anche stupida non riesco a capire cosa si ossida e cosa si riduce.
non mi spiego i passaggi che trovo nello svolgimento:
E° (Na+/Na) = -2,71 V
E° (H2O/H2,OH-) = -0,83 V
E° (O2,H2O/OH-) = 0,40 V
praticamente leggendo da sinistra verso destra (→) ho le riduzioni (quindi Na+ + e- → Na è una riduzione giusto?)
quindi in questo caso al catodo deve avvenire la reazione più spontanea, quindi quella col potenziale E° maggiore, quindi la terza, perché è l'unica che ha un E° positivo, quindi:
catodo: O2 + 2 H2O + 2 e- → 2OH-
viceversa per l'anodo devo leggere le ossidazioni da destra verso sinistra e considerare -E°. quello che ha il -E° più alto è la prima reazione che ha -E° = 2,71 V, quindi:
anodo: Na → Na+ + e- (ho scritto la reazione "al contrario" come vedi)
se questa la moltiplico x2 e poi sommo ottengo:
2 Na + O2 + 2 H2O + 2 e- → 2 Na+ + 2OH- + 2e-
ma la roba che ottengo io non c'entra un cazzo col risultato finale che trovo sullo svolgimento (che elenca solo i passaggi e non spiega NULLA)
un attimo perché io prima stavo pensando al funzionamento di una pila, ma tu vuoi un'elettrolisi, cioè stai percorrendo il ciclo al contrario, cioè immettendo lavoro. quindi i processi che avvengono sono esattamente il contrario di quelli spontanei: le reazioni procedono
nel verso di E°<0le specie si riducono al catodo e si ossidano all'anodo,
catodo:
Na+(aq) + e- → Na(s) E°=-2,71 V
2 H2O(l) + 2 e- → H2(g) + 2 OH-(aq) E°=-0,83 V
anodo:
4 OH-(aq) → O2(g) + 2 H2O(l) + 4 e- E°=-0,40 V
sommando per cancellare gli elettroni due della prima, una della seconda e la terza si ha
2 Na+(aq) +
2 H2O(l) +
4 2 OH-(aq) → 2 Na(s) + H2(g) +
2 OH-(aq) + O2(g) +
2 H2O(l)2 Na+(aq) + 2 OH-(aq) → 2 Na(s) + H2(g) + O2(g)
quindi le specie che si sviluppano dall'elettrolisi di una soluzione di NaOH sono sodio solido e idrogeno gassoso (al catodo) e ossigeno gassoso (all'anodo). era questa la risposta che cercavi?
CAPIRE COSA SI OSSIDA E COSA SI RIDUCE:si osserva il cambiamento nel numero di ossidazione delle specie. si tratta di un modello molto comodo per pensare a cosa sta avvenendo agli elettroni in un legame chimico: l'atomo più elettronegativo viene visto come se si prendesse per se tutti gli elettroni di cui ha bisogno per completare l'ottetto, mentre l'altro perde tutti quelli in eccesso: si tratta di un punto di vista estremo in cui anche i legami non omonucleari più covalenti che esistono sono visti come del tutto ionici, per esempio H e C hanno poca differenza in elettronegatività, ancora di meno Cl ed O, ma questo modo di pensare la reazione ti permette di fare i bilanciamenti e capire dove vanno gli elettroni.
allora, l'idea di partenza è quella dell'elettronegatività. atomi piccoli e a cui mancano pochi elettroni per completare l'ottetto sono fortemente elettronegativi (F, O, Cl, N, Br,...), o almeno più elettronegativi dell'idrogeno. quindi, l'idrogeno legato ad atomi del genere, nella prospettiva di ionizzazione totale sopra descritta, è come se avesse una carica positiva netta +1; ogni idrogeno legato porterà così una carica netta +1, perciò una specie neutra come NH3, in cui N è legato a tre idrogeni, dovrà presentare l'equivalente di una "carica" -3 sull'azoto. Questa carica si dice numero di ossidazione. poiché il fluoro è l'atomo più elettronegativo di tutti, in un legame chimico con un atomo che non sia un altro fluoro si prenderà sempre un elettrone (essendo un alogeno, gliene manca solo uno per completare l'ottetto, così come a Cl, Br, I), e quindi avrà sempre numero di ossidazione -1. in una molecola di CF4, per esempio, ogni fluoro legato al carbonio gli sottrae completamente uno dei quattro elettroni di valenza, conti -1 per ogni fluoro e (in questo caso) anche il carbonio completa l'ottetto raggiungendo la configurazione del nucleo di elio, diventando una specie carica +4 (numero di ossidazione). il carbonio è però più elettronegativo dell'idrogeno: se parti da una molecola CH4, ogni atomo di idrogeno conta +1, quindi per avere la neutralità il carbonio dovrà avere numero di ossidazione -4, cioè la configurazione del neon. in una reazione che ti porta da CH4 a CF4, il carbonio cambia numero di ossidazione da -4 a +4, cioè perde quattro elettroni: si ossida.
C
4- → C
4+ + 8 e-
se parti da una molecola di CH2F2, puoi notare che ogni idrogeno conta -1, e ogni fluoro +1, quindi il numero di ossidazione del carbonio è esattamente zero. se in una reazione produci CH4 o CH3F a partire da CH2F2, il numero di ossidazione passa da zero a -4 (nel caso di CH4) o -2 (nel caso di CH3F, +1 per ogni idrogeno e -1 per la presenza del fluoro), e quindi CH2F2 si riduce; ma se invece lo fai reagire con del fluoro ottenendo CF4, allora ossidi il carbonio.
il fatto che si parli di "OSSIdazione" è dovuto al fatto che il fluoro non è certo il reagente più utile o più comune nelle reazioni. l'ossigeno invece è estremamente comune, è la specie più elettronegativa dopo il fluoro, ed ha sei elettroni di valenza: quindi gliene mancano due per completare l'ottetto, e la presenza di un atomo di ossigeno, a meno che non ci sia del fluoro coinvolto, conta sempre -2 per l'ossidazione delle altre specie: in CO2, per esempio, ogni ossigeno conta -2 per il numero di ossidazione; siccome la specie nel complesso è neutra, C deve avere numero di ossidazione +4 (ancora una volta, ricorda un nucleo di elio perché l'ossigeno è la specie più elettronegativa e cioè avida di elettroni, e glieli sottrae tutti). a parte per la molecola di O2, dove gli elettroni sono ovviamente equicondivisi ed il numero di ossidazione vale 0, come in tutte le molecole omonucleari, l'unica specie in cui l'ossidazione dell'ossigeno non conta -2 è l'acqua ossigenata, H2O2, in cui ciascun ossigeno ha numero di ossidazione -1.
l'idrogeno, comunque, è ben lontano dall'essere la specie meno elettronegativa in assoluto: infatti, occupa piuttosto una posizione intermedia nella scala delle elettronegatività. ben meno affini agli elettroni sono i metalli; legato ai metalli l'idrogeno forma gli idruri (es. NaH), ed in questo tipo di composti il numero di ossidazione dell'idrogeno è -1 (l'idrogeno sottrae del tutto l'elettrone al metallo, e si carica negativamente). le specie metalliche sono sempre cariche positivamente; i metalli del primo gruppo (Li, Na, K,...) hanno un solo elettrone da cedere, e si caricano sempre positivamente: il loro numero di ossidazione è sempre +1, tranne nel metallo elementale, in cui la carica è semplicemente quella atomica, e cioè 0. i metalli del secondo gruppo (Be, Mg, Ca,...), analogamente, formano legami in cui cedono due elettroni: il loro numero di ossidazione nei composti è +2.
ricordandoti che per ovvi motivi l'ossidazione degli elementi nelle omomolecole (O2, N2, H2, F2,...) e negli atomi (Na, Be, Mg, Fe,...) è zero, e con queste poche regole su idrogeno (conta +1 al numero di ossidazione se legato a non metalli, cioè perde l'elettrone, -1 se legato a metalli), ossigeno (molto elettronegativo, due elettroni spaiati, sempre -2 tranne che in composti fluorurati), alogeni (fluoro: sempre -1; Cl, Br, I: -1 se non legati ad ossigeno, altrimenti l'ossigeno è l'elemento più elettronegativo) e metalli di primo e secondo gruppo (rispettivamente sempre +1 e sempre +2), sei in grado di determinare il numero di ossidazione di tutte le altre specie nella molecola a partire dalla sua carica netta complessiva:
CH3OH, +4 dovuto a +1 per ciascun idrogeno, -2 dovuto all'ossigeno, quindi lo stato di ossidazione di C è -2 per mantenere la neutralità della molecola.
CCl4, -1 dovuto a ciascun cloro (il cloro conta sempre -1 quando non c'è ossigeno, è il terzo elemento più elettronegativo della tavola periodica), quindi lo stato di ossidazione di C è +4
ClOH, l'ossigeno conta -2, idrogeno +1, la carica netta è 0, Cl deve avere numero di ossidazione +1
(NH3Br)
+, ogni idrogeno legato al non metallo (l'azoto) conta +1, perciò +3 in totale; Br è un alogeno e quindi sottrae un elettrone, +3-1= +2; la carica netta del composto è +1, quindi il numero di ossidazione di N deve essere -1.
nella reazione:
Cl2 + H2O2 → 2 ClOH
il numero di ossidazione del cloro passa da 0 (cloro molecolare) a +1, quindi si ossida; la semireazione corrispondente è
Cl2 → 2 Cl
+ + 2 e-
al contempo avviene la riduzione del numero di ossidazione dell'ossigeno da -1 per ogni atomo di ossigeno (che assume solo nell'acqua ossigenata: l'idrogeno ha numero di ossidazione +1, quindi +2 per due idrogeni, -2 per i due ossigeni restanti che devono contribuire -1 ciascuno) a -2, nella semireazione di riduzione associata
O
22- + 2 e- → 2 O
2-quindi il modo per capire cosa si ossida e cosa si riduce in una reazione consiste semplicemente nell'individuare i numeri di ossidazione delle specie coinvolte.
Dilber MC Theme by HarzeM