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Riduzione

Spiegazione del termine riduzione

Si definisce riduzione qualsiasi processo chimico che conduca alla diminuzione del numero di ossidazione di una sostanza.

Il termine riduzione fu coniato in origine per indicare, in contrapposizione al termine ossidazione, la perdita di ossigeno da parte di un composto; l'agente riducente più comune è l'idrogeno, che per la sua tendenza a combinarsi con l'ossigeno formando acqua riduce in genere facilmente le sostanze ossigenate. Oggi il significato del termine riduzione è molto più generale di allora.

Definizione di riduzione

Vengono definite riduzioni tutte quelle reazioni nelle quali si verifica un acquisto di elettroni da parte di una specie chimica.

Pertanto:

  • si riduce la specie chimica che acquista gli elettroni. Una riduzione implica una diminuzione del numero di ossidazione;
  • la specie chimica che subisce riduzione è detta ossidante, in quanto induce l'ossidazione di un'altra specie chimica;
  • non può esistere una sola reazione di riduzione poiché in una reazione chimica non è possibile avere elettroni isolati. Una riduzione deve essere sempre accompagnata da una reazione di ossidazione. L'insieme delle due reazioni di riduzione e di ossidazione costituisce la reazioni di ossido-riduzione (redox).

Redox

Quindi la riduzione è un processo chimico in cui si ha acquisto di elettroni da parte di una specie chimica (detta ossidante) che vede diminuito il proprio numero di ossidazione.

La tendenza di una specie chimica a subire reazione di riduzione è stabilita dal suo potenziale standard di riduzione. Maggiore è il potenziale standard di riduzione maggiore è la tendenza di una specie a subire reazione di riduzione e quindi di comportarsi da ossidante.

Esempio di una reazione di riduzione

Una reazione di riduzione è quella che subisce lo ione permanganato MnO4- quando viene ridotto a Mn2+.

Ad esempio, reagendo con l'acqua ossigenata (H2O2) in ambiente acido, lo ione MnO4- dà luogo alla seguente reazione:

2 MnO4- + 6 H+ + 5 H2O2 → 2 Mn2+ + 5 O2 + 8 H2O

nella quale lo ione MnO4- subisce la seguente semireazione di riduzione:

MnO4- + 8H+ + 5e- → Mn2+ + 4H2O

Lo ione MnO4- acquista elettroni e si riduce a Mn2+; il suo numero di ossidazione passa da +7 a +2 (acquisto di elettroni = reazione di riduzione).

Se la reazione fosse avvenuta in ambiente alcalino il KMnO4 avrebbe sempre subito una reazione di riduzione ma si sarebbe trasformato in biossido di manganese MnO2.

Altri esempi di riduzioni

In chimica inorganica la riduzione degli ossidi metallici a metalli viene eseguita con idrogeno, ad esempio la riduzione dell'ossido di rame a rame metallico:

CuO + H2 Cu + H2O

con ossido di carbonio, si ottiene la riduzione della magnetite (Fe3O4) a ferro:

Fe3O4 + 4 CO 3 Fe + 4 CO2

e, quando l'ossido metallico è difficilmente riducibile, si riduce con altri metalli aventi maggiore affinità per l'ossigeno, ad esempio la riduzione con magnesio dell'allumina ad alluminio metallico:

Al2O3 + 3 Mg 3 MgO + 2 Al

In chimica organica le riduzioni vengono effettuate in buona parte con idrogeno. Esistono però diversi modi di rendere attivo l'idrogeno. Si possono distinguere:

1) le riduzioni catalitiche con nichel, cobalto, palladio, platino, che consentono l'erogazione di idrogeno atomico alla sostanza da idrogenare, grazie all'adsorbimento dissociativo dell'idrogeno su tali metalli:

RCHO RCH2OH

2) le riduzioni con metalli che vengono disciolti in acidi o alcoli; questi sistemi riducenti equivalgono a un insieme di protoni H+, ceduti dal solvente, e di elettroni, ceduti dal metallo; è metodo particolarmente efficace nella riduzione di composti carbonilici ad alcoli e a idrocarburi; sono note ad esempio la riduzione di Bouveault e Blanc con sodio in alcol che consente di ridurre gli esteri ad alcoli:

RCOOR' RCH2OH + R'OH

e la riduzione di Clemmensen con amalgama di zinco e acido cloridrico, che consente di ricavare idrocarburi da composti carbonilici:

RR'CO RR'CH2 + H2O

3) le riduzioni mediante trasferimento di idruro H-.

Sono anche da ricordare le riduzioni con idruro di litio e alluminio, LiAlH4.

Un'altra sostanza riducente impiegata in chimica organica è l'idrazina, con la quale si effettua la riduzione di Wolff-Kischner. Tra le numerose altre sostanze riducenti sono da ricordare l'idrogeno solforato, l'acido iodidrico, l'anidride solforosa, i sali di metalli che tendono ad assumere un grado di ossidazione più elevato, come SnCl2, FeCl2, CrCl2.

Quiz sulle reazioni di ossido-riduzione

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