Ossidazione e riduzione
L'ossidazione e la riduzione sono processi chimici complementari che comportano una perdita di elettroni
(ossidazione) da parte di un reagente e un corrispondente acquisto di elettroni
(riduzione) da parte di un altro: i due processi devono quindi aver luogo contemporaneamente e in quantità corrispondenti.
I processi di ossidazione più comuni utilizzano l'ossigeno dell'atmosfera; fra questi rientrano la formazione della ruggine (v. corrosione), la combustione e la respirazione.
In tutti i casi è l'ossigeno che si riduce. Fra i processi di riduzione si possono ricordare il recupero dei metalli dai loro minerali, la produzione fotosintetica dei carboidrati e l'idrogenazione dei
grassi.
La sostanza che acquista elettroni durante una reazione di ossido riduzione è detta
agente ossidante. Nel corso della reazione l'agente ossidante si riduce; un forte agente ossidante, reagendo, diventa un debole agente riducente.
I più elettronegativi tra gli elementi chimici
(vedi
elettronegatività) sono quelli che hanno la maggiore tendenza a partecipare alle reazione come agenti ossidanti, in quanto formano ioni negativi (cioè acquistano elettroni) molto
facilmente. Il fluoro, che è l'elemento più elettronegativo, è l'agente ossidante più attivo tra gli elementi chimici. Esso reagisce formando lo ione fluoruro, che è il più debole agente riducente. L'ossigeno è altamente reattivo, in particolare nella sua forma allotropica, l'ozono.
Tutti gli alogeni possono comportarsi da forti agenti ossidanti. Alcuni composti che contengono ossigeno lo cedono facilmente ad altri reagenti, riducendosi in questo processo. Importanti esempi di questo tipo sono il
perossido di idrogeno, l'acido
nitrico, l'acido solforico concentrato, il nitrato di potassio e gli ioni permanganato, dicromato, clorato e ipoclorito. Il
permanganato di potassio è un utile agente ossidante di laboratorio, molto energico in soluzione acida e meno attivo in soluzione
alcalina.
Sono attivi agenti riducenti quegli elementi che formano con facilità ioni positivi; come è prevedibile in base alla bassa elettronegatività, i più attivi sono i metalli alcalini, seguiti da quelli alcalino-terrosi. Fra tutti gli elementi il cesio è il più forte agente
riducente. In chimica organica sono utili agenti riducenti l'idrogeno, l'idruro di litio e d'alluminio e il
boroidruro di sodio.
In generale, la forza di un reagente in un processo di ossidoriduzione dipende delle condizioni di reazione. L'idrogeno riduce i legami tripli carbonio carbonio a legami semplici quando si usa un catalizzatore al platino, ma la reazione si arresta allo stadio del doppio legame se il catalizzatore è il nichel-Raney. Per ossidare o ridurre certi gruppi funzionali su una molecola complessa e lasciarne inalterati altri, si devono selezionare accuratamente l'agente appropriato, il catalizzatore, le concentrazioni, la temperatura e la
pressione.
Alcuni composti possono agire sia da agenti ossidanti che da agenti riducenti. Nel perossido di idrogeno l'ossigeno si trova in uno stato di ossidazione intermedio tra quello dell'ossigeno libero e quello degli ossidi. Nella decomposizione di questo composto si formano sia acqua che ossigeno molecolare. Questo processo è definito di autossidazione ed è catalizzato da impurezze presenti nel
campione.
La grande maggioranza degli organismi viventi si affida all'ossigeno per poter effettuare reazioni di ossidazione. Il meccanismo effettivo non è una reazione chimica diretta, ma una serie di trasferimenti di elettroni attraverso numerosi composti intermedi che acquistano e cedono elettroni con facilità, passando alternativamente da una forma ossidata a una ridotta e viceversa. Questo percorso è chiamato
catena di trasporto degli elettroni ed è simile in tutti gli organismi. Essendo il più forte agente ossidante della catena, l'ossigeno è l'accettore finale degli elettroni. Il suo ruolo vitale negli organismi viventi è essenzialmente quello di una sostanza sulla quale "scaricare" gli elettroni. Molti microrganismi sono anaerobici, ossia non hanno bisogno dell'ossigeno per sopravvivere. Questi organismi sono in grado di utilizzare altre sostanze, come lo zolfo ed alcuni dei suoi composti, come agenti
ossidanti.
Tutti gli organismi sfruttano il potere riducente che si esplica in certe reazioni biochimiche reversibili di sostanze come la nicotinammide adenindinucleotide (NAD), le flavine e i citocromi, che possono esistere sia in forma ossidata che in forma ridotta. Partecipando alla catena di trasporto degli elettroni, la forma ridotta si rigenera continuamente dalla forma
ossidata.
Copyright © 2002 Motta Editore
|
