Problema
Bilanciare la seguente reazione redox:
$Au+CN^- +O_2\rightarrow Au(CN)_4^- + OH^-$
Svolgimento
Per bilanciare la reazione redox procediamo per step.
step 1
Individuiamo quali elementi variano il loro numero di ossidazione (n.o.) nel passaggio da reagenti a prodotti.
Nel nostro caso il n.o. dell’oro passa da $0$ in $Au$ a $+3$ in $Au(CN)_4^-$, cioè si ossida.
Mentre il n.o. dell’ossigeno passa da $0$ in $O_2$ a $-2$ in $OH^-$, cioè si riduce.
Step 2
Scriviamo in forma dissociata la reazione di partenza, per evidenziare quali specie sono coinvolte nella reazione.
$Au+CN^- +O_2\rightarrow Au^{3+}+4CN^- + OH^-$
STEP 3
Scriviamo due semireazioni, la prima di ossidazione e la seconda di riduzione:
$Au\rightarrow Au^{3+}$
$O_2\rightarrow OH^-$
STEP 4
Bilanciamo gli elementi che si ossidano e si riducono nelle due semireazioni.
Nel nostro caso l’oro è già bilanciato, dovremo quindi bilanciare l’ossigeno aggiungendo un coefficiente $2$ davanti a $OH^-$. Otteniamo:
$Au\rightarrow Au^{3+}$
$O_2\rightarrow 2OH^-$
STEP 5
Bilanciamo il numero di elettroni dovuti all’ossidazione e alla riduzione.
Nella semireazione di ossidazione il cloro passando da n.o. $0$ a $+3$ cederà $3e^-$ per ogni atomo, quindi aggiungeremo ai prodotti $3e^-$.
Nella semireazione di riduzione l’ossigeno passando da n.o. $0$ a $-2$ acquisterà $2e^-$ per ogni atomo, quindi aggiungeremo ai reagenti $4e^-$.
$Au\rightarrow Au^{3+}+3e^-$
$O_2+4e^-\rightarrow 2OH^-$
step 6
Bilanciamo la carica elettrica tra reagenti e prodotti in ciascuna semireazione.
Siccome la reazione avviene in ambiente basico ($OH^-$) bilanceremo le cariche con la specie $OH^-$.
La semireazione di ossidazione è già bilanciata elettricamente, mentre per bilanciare quella di riduzione aggiungiamo $2OH^-$ ai prodotti e $2H_2O$ ai reagenti per bilanciare idrogeno e ossigeno.
$Au \rightarrow Au^{3+}+3e^-$
$O_2+4e^-+2H_2O\rightarrow 2OH^-+2OH^-$
STEP 7
Moltiplichiamo i coefficienti stechiometrici delle semireazioni per avere lo stesso numero di $e^-$ in entrambe le semireazioni.
Nel nostro caso moltiplicheremo $\times 4$ la prima e $\times 3$ la seconda.
$4Au \rightarrow 4Au^{3+}+12e^-$
$3O_2+12e^- + 6H_2O \rightarrow 12OH^-$
STEP 8
Sommiamo le due semireazioni.
$4Au+3O_2+12e^-+ 6H_2O\rightarrow 4Au^{3+}+12e^- +12OH^-$
Da cui semplificando gli elettroni otteniamo la reazione bilanciata:
$4Au+3O_2+6H_2O\rightarrow 4Au^{3+} +12OH^-$
STEP 9
Ricostruiamo la reazione di partenza aggiungendo $16CN^-$ sia ai reagenti che ai prodotti, ottenendo:
$4Au+3O_2+6H_2O+16CN^-\rightarrow 4Au(CN)_4^- + 12OH^-$