Ho ricevuto da Paola la seguente domanda:
Gentile professoressa risolvendo i quesiti delle Olimpiadi di chimica ho trovato il seguente test che ho difficoltà a risolvere:
La reazione degli ioni permanganato con perossido di idrogeno in soluzione acida dà un sale di Mn(II) e libera O2. Indicare quante delle reazioni seguenti sono possibili:
a) 2MnO4– + H2O2 + 6H+ → 2Mn2+ + 3O2 + 4H2O
b) 2MnO4– + 3H2O2 + 6H+ → 2Mn2+ + 4O2 + 6H2O
c) 2MnO4– + 5H2O2 + 6H+ → 2Mn2+ + 5O2 + 8H2O
d) 2MnO4– + 7H2O2 + 6H+ → 2Mn2+ + 6O2 + 10H2O
Io sarei stata portata a bilanciare come la terza equazione ma vedo che il principio di conservazione della massa e della carica è rispettato per tutte le equazioni. Il test riporta come valore esatto solo la terza equazione.
La saluto e la ringrazio. Frequento il 4 anno del liceo scientifico.
La saluto e la ringrazio. Frequento il 4 anno del liceo scientifico.
Rispondo così:
La reazione in questione è un classico esempio di reazione redox. Per bilanciare correttamente questo tipo di reazioni non è più sufficiente applicare il principio di conservazione della carica così come appare; in una reazione redox, infatti, i reagenti si “scambiano elettroni” e il numero degli elettroni “ceduti” da una specie deve corrispondere al numero di elettroni “acquisiti” dall’altra. È possibile risalire al numero di elettroni scambiati da una certa specie applicando il metodo della variazione del numero di ossidazione.
Nella reazione da te proposta, ogni atomo di manganese dello ione permanganato (MnO4–) ha numero di ossidazione +7 e deve acquisire 5 elettroni per trasformarsi in ione Mn2+. In totale, quindi, 2 ioni permanganato sono in grado di acquistare 10 elettroni:
+7 +2
2MnO4– + 10e– → 2Mn2+
La specie che cede elettroni è l’atomo di ossigeno del perossido di idrogeno (acqua ossigenata, H2O2), il cui numero di ossidazione è -1 e diventa 0 quando si trasforma in ossigeno gassoso. Ogni molecola di H2O2 è quindi in grado di cedere 2 elettroni. Per far corrispondere il numero di elettroni ceduti e acquistati servono, pertanto, 5 molecole di H2O2 che daranno origine a 5 molecole di O2 gassoso.
-1 0
5H2O2 → 5O2 + 10e–
Come puoi notare, soltanto la reazione c) soddisfa a questa condizione.