Qual è il significato del potenziale redox o del valore redox?

9 ott 2023

Scritto da Lukas Koziel

Welche Bedeutung hat das Redoxpotential oder der Redox-Wert?

Il valore Redox, noto anche come potenziale di ossidoriduzione (ORP), è un importante indicatore della reazione chimica delle sostanze nell'acqua. Indica se una soluzione ha un effetto più ossidante o riducente. Alti valori Redox indicano un ambiente ossidante, che favorisce la formazione di radicali liberi ed è potenzialmente dannoso per la salute. Bassi valori Redox indicano un ambiente riducente, che ha un effetto antiossidante e neutralizza i radicali liberi. Queste proprietà sono importanti per la qualità dell'acqua e la salute generale. In questo articolo, esamineremo le interessanti proprietà e correlazioni con la nostra acqua potabile e il valore Redox.

Che cos'è il potenziale Redox?

Il potenziale Redox (anche: valore Redox, ORP – Oxidation-Reduction Potential) è un valore di misura elettrochimico in millivolt (mV) che descrive quanto un liquido tende a cedere o ad assorbire elettroni. «Redox» è l'abbreviazione di riduzione e ossidazione – due processi chimici che avvengono sempre insieme: ciò che viene ossidato cede elettroni; ciò che viene ridotto li assorbe.

Nel contesto dell'acqua potabile: un valore Redox positivo significa che l'acqua è ossidante – sottrae elettroni al corpo. Un valore Redox negativo significa che l'acqua è riducente – cede elettroni e può quindi neutralizzare i radicali liberi nel corpo, in modo simile a un antiossidante.

Cosa misura concretamente un misuratore Redox?

Un misuratore Redox (ORP-Meter) immerge un elettrodo di platino nel campione d'acqua e misura la tensione rispetto a un elettrodo di riferimento. Valori guida tipici:

Acqua del rubinetto normale: da +200 a +600 mV (ossidante)
Acqua filtrata: da 0 a +200 mV
Acqua ricca di idrogeno: da −100 a −600 mV (fortemente riducente)

Importante: il valore Redox è un parametro di somma – mostra l'equilibrio totale di tutte le sostanze ossidanti e riducenti nell'acqua, ma non dice quali sostanze sono contenute concretamente.

Perché il potenziale Redox è rilevante per la salute?

Nel corpo umano, gli equilibri Redox sono alla base di quasi tutti i processi biochimici – dalla produzione di energia nei mitocondri alla difesa immunitaria. Lo stress ossidativo si verifica quando ci sono troppi radicali liberi e l'equilibrio Redox si altera. L'acqua con un valore Redox negativo – in particolare grazie all'idrogeno molecolare disciolto (H₂) – può, secondo la ricerca attuale, contribuire a sostenere questo equilibrio.

Pisoschi A.M., Pop A. (2015): «The role of antioxidants in the chemistry of oxidative stress: A review.» – European Journal of Medicinal Chemistry, Vol. 97, pp. 55–74. PubMed PMID: 26063269

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Il potenziale redox o

Il valore redox

Il valore redox, spesso indicato come potenziale redox o potenziale di ossido-riduzione (ORP), è un parametro importante correlato all'acqua e alla reazione chimica delle sostanze in una soluzione. Fornisce informazioni sul grado di ossidazione o riduzione in una soluzione ed è spesso utilizzato nell'analisi della qualità dell'acqua e in vari processi industriali.

Per quanto riguarda l’acqua potabile, si può riassumere approssimativamente come segue:

Quanto più alto è il valore redox, tanto più ossidativa è l’acqua e quindi la formazione di radicali liberi (ovvero l’effetto dannoso sull’organismo). Quanto più basso è il valore redox, tanto più riducente è l'acqua e quindi aumenta l'effetto antiossidante dell'acqua, che porta alla riduzione dei radicali liberi. L’acqua diventa “più sana”.

I radicali liberi possono causare danni cellulari e infiammazioni e sono collegati a vari problemi di salute. Un ambiente riducente creato da bassi livelli di ossidoriduzione nell’acqua aiuta a minimizzare questi effetti dannosi e a promuovere la salute. Tuttavia, è importante notare che il solo Redox non influisce su tutti gli aspetti sanitari dell’acqua. Si tratta comunque di un altro punto di riferimento importante.

Prima di approfondire il significato del valore Redox, vorremmo dare uno sguardo più da vicino allo stress ossidativo, poiché questo può essere direttamente influenzato dal valore Redox della nostra acqua potabile ed è un fattore chiave per il nostro benessere.

Lo stress ossidativo

I processi di ossidazione e riduzione svolgono un ruolo chiave nel metabolismo cellulare. Uno squilibrio in questi processi, in particolare un eccesso di radicali liberi, può portare allo stress ossidativo e compromettere la salute. Pertanto, l'equilibrio tra ossidazione e riduzione nei sistemi biologici è di grande importanza.

Ossidazione nelle cellule

L'ossidazione è un processo in cui atomi o molecole perdono elettroni. Nei sistemi biologici come le cellule, l’ossidazione è una parte importante del metabolismo energetico.
Un esempio ben noto è la respirazione cellulare, in cui il glucosio (zucchero) viene ossidato nelle cellule per produrre energia. Gli elettroni vengono trasferiti dal glucosio all'ossigeno, creando acqua e anidride carbonica.
Durante il metabolismo ossidativo nelle cellule, gli elettroni vengono trasferiti da una molecola all'altra e l'energia viene rilasciata

Riduzione delle cellule

La riduzione è il processo opposto all'ossidazione, in cui atomi o molecole acquistano elettroni. Nei sistemi biologici, spesso avviene la riduzione per immagazzinare energia o produrre molecole.
Un esempio di reazione di riduzione nelle cellule è la fotosintesi. Qui, le molecole di clorofilla delle piante ottengono elettroni dalla luce e dall’acqua per produrre glucosio. Questo processo immagazzina energia sotto forma di glucosio.

Radicali liberi e stress ossidativo

I radicali liberi sono molecole altamente reattive con un elettrone spaiato, che le rende instabili.
I radicali liberi sono necessari con moderazione, ma un eccesso può causare stress ossidativo. Ciò significa che danneggiano cellule e tessuti ossidando (rubando elettroni) molecole sane.
Lo stress ossidativo è stato collegato a una serie di problemi di salute, tra cui l’invecchiamento, le malattie infiammatorie e il cancro.

Pericoli dello stress ossidativo

Lo stress ossidativo è pericoloso perché ha effetti dannosi sulle cellule, sui tessuti e sugli organi del corpo.

Danno cellulare

Le cellule e i componenti cellulari come lipidi, proteine e DNA vengono attaccati. Ciò porta a danni cellulari e può innescare la morte cellulare.

infiammazione

Viene promossa l'infiammazione nel corpo. L’infiammazione è una risposta naturale del sistema immunitario, ma l’infiammazione cronica causata dallo stress ossidativo è collegata a molte malattie, tra cui malattie cardiache, diabete e cancro.

invecchiamento

Il processo di invecchiamento è accelerato. Il collagene e l'elastina vengono danneggiati, provocando rughe e rilassamento cutaneo

Malattie

Lo stress ossidativo è associato a una varietà di malattie, tra cui malattie cardiache, ictus, diabete, malattie neurodegenerative (come l’Alzheimer e il Parkinson), cancro e malattie autoimmuni.

Danno al DNA

Possono verificarsi danni al DNA, che possono aumentare il rischio di mutazioni e lo sviluppo del cancro.

Danni ai tessuti e agli organi

Nei casi gravi di stress ossidativo possono verificarsi danni ai tessuti e agli organi. Ciò può influenzare la funzione di organi come fegato, reni e polmoni.

Aumento della suscettibilità alle malattie

Lo stress ossidativo può indebolire il sistema immunitario e aumentare la suscettibilità alle infezioni.

Come si verifica lo stress ossidativo?

Fattori esterni: fattori esterni come le radiazioni UV, l’inquinamento, il fumo di tabacco, il consumo di alcol e le sostanze chimiche tossiche possono aumentare la produzione di ROS nel corpo.
Infiammazione: i processi infiammatori nel corpo possono promuovere il rilascio di stress ossidativo poiché le cellule immunitarie come i macrofagi producono ROS per difendersi dagli agenti patogeni.
Dieta: una dieta sbilanciata a basso contenuto di nutrienti antiossidanti come le vitamine C ed E e oligoelementi come zinco e selenio può limitare la capacità del corpo di combattere i ROS.
Invecchiamento: con l'età, la capacità del corpo di combattere i ROS diminuisce tipicamente, il che può portare ad un aumento dello stress ossidativo.
Malattie: varie malattie come il diabete, le malattie cardiache, il cancro e le malattie neurodegenerative possono aumentare la produzione di ROS e compromettere la difesa antiossidante del corpo.

Ora che abbiamo spiegato gli effetti dello stress ossidativo e dei radicali liberi, esamineremo più da vicino il valore redox e la sua importanza.

Come si verifica lo stress ossidativo?

Fattori esterni: fattori esterni come le radiazioni UV, l’inquinamento, il fumo di tabacco, il consumo di alcol e le sostanze chimiche tossiche possono aumentare la produzione di ROS nel corpo.
Infiammazione: i processi infiammatori nel corpo possono promuovere il rilascio di stress ossidativo poiché le cellule immunitarie come i macrofagi producono ROS per difendersi dagli agenti patogeni.
Dieta: una dieta sbilanciata a basso contenuto di nutrienti antiossidanti come le vitamine C ed E e oligoelementi come zinco e selenio può limitare la capacità del corpo di combattere i ROS.
Invecchiamento: con l'età, la capacità del corpo di combattere i ROS diminuisce tipicamente, il che può portare ad un aumento dello stress ossidativo.
Malattie: varie malattie come il diabete, le malattie cardiache, il cancro e le malattie neurodegenerative possono aumentare la produzione di ROS e compromettere la difesa antiossidante del corpo.

Ora che abbiamo spiegato gli effetti dello stress ossidativo e dei radicali liberi, esamineremo più da vicino il valore redox e la sua importanza.

Valore Redox e reazione redox

Il valore redox, spesso (erroneamente - vedi sotto) chiamato anche potenziale redox o potenziale di ossido-riduzione (ORP), viene misurato in unità di millivolt (mV). Il valore redox viene solitamente misurato con un misuratore redox o un sensore redox, che utilizza un elettrodo elettrochimico per rilevare la tensione elettrica tra la soluzione e un elettrodo di riferimento.

Il valore redox ottimale per l'acqua potabile può dipendere da requisiti specifici e condizioni locali. Nel trattamento e nella distribuzione dell'acqua potabile, è comune un valore ORP positivo, che indica un ambiente più ossidante. Un intervallo tipico consigliato per l'ORP nell'acqua potabile è solitamente compreso tra +200 mV e +500 mV. Quest'area ha lo scopo di garantire che l'acqua potabile sia priva di microrganismi e agenti patogeni e funge quindi da "disinfezione leggera" .

Diagramm zur Elektronenübertragung bei einer Redox-Reaktion mit zwei Atomen, Donator und Akzeptor, und Elektronen-Symbolen.

Ecco alcuni aspetti importanti legati al valore redox dell’acqua:

Definizione del valore redox: Il valore redox misura la capacità di una soluzione di accettare o donare elettroni. Si misura in millivolt (mV). Un potenziale redox positivo indica che la soluzione ha maggiori probabilità di ossidarsi (rimettendo elettroni), mentre un potenziale redox negativo indica un ambiente più riducente (acquisendo elettroni).
Reazioni redox: una reazione redox, nota anche come reazione di ossido-riduzione o processo redox, è una reazione chimica in cui gli elettroni vengono trasferiti da una sostanza chimica a un'altra. Questo trasferimento di elettroni porta ad un cambiamento negli stati di ossidazione degli atomi o degli ioni coinvolti. In una reazione redox ci sono sempre due reazioni parziali:

Descrizione tecnica della reazione redox

Un modo semplice per rilevare le reazioni redox è monitorare la variazione dei numeri di ossidazione degli atomi o degli ioni coinvolti. I numeri di ossidazione sono numeri che indicano il numero di elettroni che un atomo ha o cede in un composto.

Esempio di reazione redox: L'ossidazione dell'idrogeno (H2) in acqua (H2O) è un classico esempio di reazione redox:

2 H2(g) + O2(g) → 2 H2O(l)

In questa reazione l’idrogeno si ossida (perde elettroni) mentre l’ossigeno si riduce (acquista elettroni). La molecola di idrogeno (H2) viene convertita in acqua (H2O) e gli elettroni vengono trasferiti dall'idrogeno all'ossigeno.

Le reazioni redox sono cruciali in molti processi chimici, biologici e fisici, tra cui la produzione di energia nelle batterie, la respirazione negli organismi viventi e l’ossidazione dei combustibili nei motori. Svolgono un ruolo fondamentale in chimica e sono di grande importanza per numerosi processi naturali e industriali.

Ecco alcuni aspetti importanti legati al valore redox dell’acqua:

Definizione del valore redox: Il valore redox misura la capacità di una soluzione di accettare o donare elettroni. Si misura in millivolt (mV). Un potenziale redox positivo indica che la soluzione ha maggiori probabilità di ossidarsi (rimettendo elettroni), mentre un potenziale redox negativo indica un ambiente più riducente (acquisendo elettroni).
Reazioni redox: una reazione redox, nota anche come reazione di ossido-riduzione o processo redox, è una reazione chimica in cui gli elettroni vengono trasferiti da una sostanza chimica a un'altra. Questo trasferimento di elettroni porta ad un cambiamento negli stati di ossidazione degli atomi o degli ioni coinvolti. In una reazione redox ci sono sempre due reazioni parziali:

Descrizione tecnica della reazione redox

Un modo semplice per rilevare le reazioni redox è monitorare la variazione dei numeri di ossidazione degli atomi o degli ioni coinvolti. I numeri di ossidazione sono numeri che indicano il numero di elettroni che un atomo ha o cede in un composto.

Esempio di reazione redox: L'ossidazione dell'idrogeno (H2) in acqua (H2O) è un classico esempio di reazione redox:

2 H2(g) + O2(g) → 2 H2O(l)

In questa reazione l’idrogeno si ossida (perde elettroni) mentre l’ossigeno si riduce (acquista elettroni). La molecola di idrogeno (H2) viene convertita in acqua (H2O) e gli elettroni vengono trasferiti dall'idrogeno all'ossigeno.

Le reazioni redox sono cruciali in molti processi chimici, biologici e fisici, tra cui la produzione di energia nelle batterie, la respirazione negli organismi viventi e l’ossidazione dei combustibili nei motori. Svolgono un ruolo fondamentale in chimica e sono di grande importanza per numerosi processi naturali e industriali.

Aree di applicazione del valore redox

Nel complesso, il valore redox è un parametro importante che gioca un ruolo in molte aree in cui è importante la reazione chimica delle sostanze nell'acqua o in altre soluzioni. Può aiutare a monitorare l’efficienza dei processi e valutare la qualità dell’acqua.

Bevendo acqua

Il valore redox viene utilizzato nel trattamento dell'acqua potabile per monitorare l'efficienza dei processi di disinfezione come la clorazione. Un basso potenziale redox può indicare contaminanti organici presenti nell'acqua che devono essere rimossi durante la disinfezione.

Acqua della piscina

Nelle piscine viene controllato il valore redox per garantire che l'acqua sia priva di microrganismi patogeni. Un potenziale redox equilibrato è importante per garantire una disinfezione efficace.

Processi industriali

Nell'industria, i livelli di ossidoriduzione vengono monitorati in vari processi, tra cui la lavorazione alimentare e la produzione chimica. Può fornire informazioni sull'efficienza delle reazioni chimiche e sul controllo della contaminazione.

Monitoraggio ambientale

Nel monitoraggio ambientale, viene misurato il valore redox nell'acqua e nel suolo per ottenere informazioni sulle condizioni ambientali e sulla disponibilità di nutrienti per gli organismi.

Potenziale redox nelle acque naturali

Il potenziale redox delle acque naturali può variare notevolmente e dipende da diversi fattori quali il contenuto di ossigeno, la temperatura, il pH e la presenza di materiali organici. Nelle acque ricche di ossigeno, il potenziale redox è solitamente positivo perché l’ossigeno è un forte agente ossidante

Cosa significa un valore redox negativo?

Sì, il valore redox (potenziale di ossidoriduzione, ORP) può raggiungere anche valori negativi come -180 mV e inferiori, a seconda delle condizioni chimiche e della composizione o del trattamento dell'acqua. Un ORP negativo indica che la soluzione o l'acqua ha un ambiente più riducente in cui gli elettroni vengono accettati anziché rilasciati. Ciò significa che l'acqua potabile è antiossidante e può quindi eliminare i radicali liberi nel corpo .

Alcuni scienziati ritengono che il consumo di acqua ossidativa o riduttiva svolga un ruolo significativo. Werner Kollath ne parla nel suo libro “Regulators of Life – the Essence of Redox Systems” o della ricerca dello scienziato francese Lescour, che distingue tra acqua “viva” e “morta” nelle sorgenti curative di Vichy in base al valore ORP .

Viele Wissenschaftler vermuten oxidativen Stress als Verursacher mancher Krankheiten, wie z.B. Krebs oder Diabetes. Daher wird zunehmend empfohlen, Antioxidanten wie zum Beispiel Vitamin C zu sich zu nehmen, um diesen Stress vermindern zu können. Auch natürliche Lebensmittel wie Gemüse, Obst und Beeren haben eine natürliche antioxidative Wirkung. Daher ist es sehr naheliegend, dass ein niedrigerer oder negativer Redox-Wert von Trinkwasser auch eine gesunde Wirkung auf unseren Organismus hat.

Anche se ci sono molti argomenti e indicazioni che suggeriscono che un basso valore redox nell’acqua potabile sia benefico, ad esempio fonti curative, effetti antiossidanti e riduzione dei radicali liberi, attualmente non sono noti studi a lungo termine che possano supportare scientificamente chiaramente questa ipotesi. Pertanto, l’unica opzione che ci resta è quella di fornirci informazioni e prendere una decisione. Gli studi riportati di seguito e i riferimenti sulla nostra pagina informativa sull'acqua idrogenata mostrano anche che il collegamento tra il valore redox e l'idrogeno nell'acqua esiste ed è interdipendente.

La letteratura sul tema dell'acqua e dell'acqua stessa è molto interessante e diversificata e vi sorprenderà ogni giorno con nuove informazioni - ecco perché restiamo aggiornati e siamo felici di informarvi sulle nuove scoperte.

Alcuni studi molto interessanti in questo contesto:

Effetti dell'acqua alcalina ridotta sulle malattie gastrointestinali

L’acqua a ridotto contenuto alcalino attenua la disfunzione mitocondriale innescata dallo stress ossidativo e la risposta immunitaria innata innescata dalla disfunzione epiteliale intestinale

Nuovo approccio nella medicina traslazionale: effetti dell'acqua ridotta elettrolizzata (ERW) sulla via di segnalazione NF-κB/iNOS nella linea cellulare U937 in stato redox alterato

E per completezza, la differenza tra valore redox e potenziale redox

Valore Redox vs. potenziale Redox

Anche se il valore redox viene spesso equiparato al potenziale redox, esiste una differenza fisica: di seguito ci concentreremo sul valore redox o sull'ORP:

Valore Redox (ORP – potenziale di ossidoriduzione)

Il valore redox, noto anche come ORP (potenziale di ossidoriduzione), viene misurato in millivolt (mV) e indica la tensione elettrica in una soluzione o sistema generata da reazioni di ossidoriduzione.
Il valore redox è una misura fisica che indica direttamente le proprietà elettriche di una soluzione.
Un valore redox positivo più alto indica un ambiente ossidante, mentre un valore redox negativo più basso indica un ambiente riducente.

Potenziale redox (Eh)

Il potenziale redox, simboleggiato come Eh, è un fattore significativo del valore redox e indica la capacità di una soluzione di accettare o donare elettroni.
Il potenziale redox è una grandezza termodinamica e si misura in volt (V).
Si basa sull'equazione di Nernst e dipende dalla concentrazione delle specie redox coinvolte e dalla temperatura.
Il potenziale redox è una quantità intensiva che ha un valore unico per una specifica reazione redox in determinate condizioni.

Valore Redox (ORP – potenziale di ossidoriduzione)

Il valore redox, noto anche come ORP (potenziale di ossidoriduzione), viene misurato in millivolt (mV) e indica la tensione elettrica in una soluzione o sistema generata da reazioni di ossidoriduzione.
Il valore redox è una misura fisica che indica direttamente le proprietà elettriche di una soluzione.
Un valore redox positivo più alto indica un ambiente ossidante, mentre un valore redox negativo più basso indica un ambiente riducente.

Potenziale redox (Eh)

Il potenziale redox, simboleggiato come Eh, è un fattore significativo del valore redox e indica la capacità di una soluzione di accettare o donare elettroni.
Il potenziale redox è una grandezza termodinamica e si misura in volt (V).
Si basa sull'equazione di Nernst e dipende dalla concentrazione delle specie redox coinvolte e dalla temperatura.
Il potenziale redox è una quantità intensiva che ha un valore unico per una specifica reazione redox in determinate condizioni.

In sintesi, il valore redox è una misura della tensione elettrica in una soluzione dovuta a reazioni di ossidoriduzione, mentre il potenziale redox è una proprietà termodinamica che descrive la capacità di una soluzione di trasferire elettroni.

La conversione del potenziale redox (RH2) in millivolt (mV) richiede l'uso di un'equazione di Nernst che descrive la relazione tra potenziale redox, attività o concentrazione delle specie redox coinvolte e temperatura. L'equazione di Nernst è:

Conversione del valore redox in potenziale redox

La conversione del potenziale redox (RH2) in millivolt (mV) richiede l'uso di un'equazione di Nernst che descrive la relazione tra potenziale redox, attività o concentrazione delle specie redox coinvolte e temperatura. L'equazione di Nernst è:

RH2 = RH2 standard + (2.303 * RT / n) * log10([agente ossidante] / [agente riducente])

RH2 è il potenziale redox in mV.
Lo standard RH2 è il potenziale redox standard per la reazione redox in questione a una temperatura specifica, solitamente 25°C (298,15 K).
R è la costante universale dei gas (8,314 J/(mol K) o 0,008314 kJ/(mol K)).
T è la temperatura in Kelvin (°C + 273,15).
n è il numero di elettroni coinvolti nella reazione redox.
[Ossidante] è l'attività o la concentrazione dell'agente ossidante.
[Agente riducente] è l'attività o la concentrazione dell'agente riducente.

Si noti che l'attività delle specie redox (ossidanti e agenti riducenti) dovrebbe essere presa in considerazione poiché determina il contributo effettivo alla reazione redox. L'attività può variare in concentrazione e dipende dal tipo e dalle condizioni della specie.

La conversione di RH2 in mV richiede la conoscenza del potenziale redox standard per la reazione redox in questione e delle concentrazioni o attività delle specie redox coinvolte. È anche importante assicurarsi che la temperatura venga convertita in Kelvin.

Si prega di notare che l'esatta conversione di RH2 in mV dipende dalla reazione e dalle condizioni redox specifiche. Potresti aver bisogno di informazioni specifiche sulla tua reazione redox per effettuare una conversione accurata.

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