Redox e variazione del numero di ossidazione

Samuele ha scritto:

Gentile professoressa,

le scrivo per proporle un bilanciamento estremamente semplice nel quale però trovo difficoltà.

Infatti, data la reazione KMnO₄ → MnO₂ + K₂MnO₄ + O₂, so che bisogna anteporre 2 a KMnO₄ per bilanciarla, il problema è che devo dimostrare ciò con il metodo della variazione del numero di ossidazione; come fare?

Grazie in anticipo per la risposta.

Questa è la risposta:

La reazione che mi proponi è una ossido-riduzione, cioè una reazione in cui due elementi si scambiano elettroni. Uno dei metodi di bilanciamento si basa sulla variazione dei numeri di ossidazione degli elementi che partecipano alla reazione stessa. Applicando le regole, che certamente sono riportate anche sul tuo libro di testo, si assegna il numero di ossidazione a ciascun elemento presente nei reagenti e nei prodotti così da evidenziare per quali elementi esso varia. Risulta poi facile scrivere le semireazioni di ossidazione e riduzione e individuare i coefficienti che fanno sì che il numero di elettroni persi nell’ossidazione corrisponda al numero di elettroni acquisiti nella riduzione.

Il numero di ossidazione di ciascun atomo della tua reazione è il seguente:

K⁽⁺¹⁾Mn⁽⁺⁷⁾O^(-2)₄ → Mn⁽⁺⁴⁾O^(-2)₂ + K⁽⁺¹⁾₂Mn⁽⁺⁶⁾O^(-2)₄ + O⁽⁰⁾₂

Gli elementi che cambiano il loro stato di ossidazione sono il manganese e l’ossigeno: il manganese si riduce a due diversi stati in quanto il suo numero di ossidazione diminuisce da +7 a +4 in un caso, e da +7 a +6 nell’altro, mentre l’ossigeno si ossida dato che il suo numero di ossidazione aumenta da -2 a 0. Le semireazioni di ossidazione e riduzione pertanto sono:

O^(-2) → O⁽⁰⁾ + 2 e^-      ossidazione

Mn⁽⁺⁷⁾ + 3 e^- → Mn⁽⁺⁴⁾    Mn⁽⁺⁷⁾ + e^- → Mn⁽⁺⁶⁾    riduzione

Poiché per la riduzione di 2 atomi di manganese (+7) servono in tutto 4 elettroni, è necessaria l’ossidazione di 2 atomi di ossigeno (-2) che, trasformandosi in una molecola O₂, cederanno in tutto 4 elettroni.

Per il bilanciamento complessivo della reazione basta quindi introdurre il coefficiente 2 davanti alla formula del permanganato di potassio, cioè:

2 K⁽⁺¹⁾Mn⁽⁺⁷⁾O^(-2)₄ → Mn⁽⁺⁴⁾O^(-2)₂ + K⁽⁺¹⁾₂Mn⁽⁺⁶⁾O^(-2)₄ + O⁽⁰⁾₂

Ecco fatto!