Procesos de Oxidación-Reducción

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1 2012 Procesos de Oxidación-Reducción TERMINOLOGIA La Electroquímicaes la rama de la química que estudia la transformación entre la energía eléctrica y la energía química. Material preparado por: Licda.Victoria Chan Escuela de Química, ITCR Las reacciones químicas que ocurren con intercambio (transferencia) de electrones, se conocen como reacciones Redoxy siempre se da un cambio en el número de oxidación. 1 2 Toda reacción REDOX estáconstituida por dos hemirreacciones o semirreacciones, una de reducción y otra de oxidación. La oxidación y la reducción suceden simultáneamente. En estas reacciones el número de electrones involucrados es el mismo, no hay pérdida ni ganancia de electrones. La ganancia neta es 0. La suma de las semirreacciones deben originar la reacción de oxidación-reducción completa. Oxidación: proceso en el cual una especie pierde electrones, su #Ox aumenta algebraicamente. Reducción: proceso en el cual la especie gana electrones, su #Ox disminuye. La semirreacción es una de las dos partes de una reacción redox y se expresan a través de semiecuaciones. Especie que se oxida, es la que pierde electrones y la especie que se reduce gana los electrones. Agente reductor es la especie que reduce a otra, él mismo se oxida. Agente oxidante es la especie que oxida a otra. 3 4 Redox I parte:, balanceo 1

2 2012 Anodo: Es el lugar donde se efectúa la oxidación Cátodo: Es el lugar donde se lleva a cabo la reducción. Electrodo: Superficie dónde se da la reacción de oxidación o de reducción. Estos electrodos pueden estar en el mismo recipiente o en sitios separados en contacto uno con otro por un medio conductor. La disolución de sulfato de cobre (II) es color azul por la presencia de iones Cu 2+. Cuando se agrega zinc (Zn 0 ), éste reduce al Cu 2+ a Cu 0 y se pierde el color azul. Ecuación redox: Zn + CuSO 4 ZnSO 4 + Cu Semiecuación de oxidación: Zn Zn e - Semiecuación de reducción: Cu e - Cu Especie que se oxida: Zn Especie que se reduce: Cu 2+ Agente reductor: Zn Agente oxidante: Cu Número de oxidación (#Ox) Corresponde al número de electrones que un átomo pierde, gana o comparte al formar un compuesto. Corresponde a la carga de los iones (para compuestos iónicos), y a un número ficticio para los covalentes o metálicos. En una sustancia elemental es 0. Ej: oxígeno O 2, yodo en I 2, azufre en S o S 8, oro en Au, cobre en Cu. En una molécula neutra, la suma de los #Ox de todos los átomos es 0. En un ión monoatómico es igual a la carga del ión. Ej: Al 3+, S 2-, H 1+, Cl El #Ox del oxígeno es 2, excepto en los peróxido (ej: H 2 O 2 ) es 1. El #Ox del hidrógeno es +1, excepto en los hidruros que es 1. Ej: LiH, NaH, CaH 2 Los del grupo I siempre son 1+, del grupo II 2+, el O es 2-, el F es, el B, Al y Ga son 3+. Cloro, bromo e yodo combinados con oxígeno (oxiácidos y oxianiones) tienen #Ox positivos. Si son halogenuros tienen #Ox -1. La suma de los #Ox de todos los átomos de un compuesto es 0 y en un ión poliatómico es igual a la carga del ión. 7 8 Redox I parte:, balanceo 2

3 Identifique las especies que se oxidan y se reducen. 2. Divida la ecuación en dos semiecuaciones. 3. Identifique el medio (ácido o básico) en que se lleva a cabo. En medio ácido 4. Balancee cada semiecuación: a) balancee todos los átomos excepto O e H b) los átomos de O se balancean adicionando H 2 O al lado de la ecuación donde se requieran O. c) los H se balancean agregando H + al lado donde se requieran. d) balancée la carga eléctrica adicionando electrones. 5. Se iguala el número de e - en las dos semiecuaciones, multiplicando por los coeficientes apropiados (se aplica mínimo común). 6. Sume ambas semiecuaciones para obtener la ecuación. 7. Cancele las especies presente en ambos lados y reduzca los coeficiente a los menores números enteros. 8. Compruebe que la ecuación esté balanceada En medio básico: Se balancea la ecuación como si fuera en medio ácido y se agregan las etapas siguientes: Después del 4 c, por cada H + presente, adicione igual número de OH - a ambos lados de la ecuación. Continuécomo en 4 d. Simplifique la ecuación agrupando H + con OH - para dar H 2 O. Efectúe el paso 5. Agrupe las móleculas de H 2 O en ambos lados de la ecuación. Efectúe los pasos 6, 7 y 8. Ejemplo de balanceo en medio ácido: Br 2 + H 2 O Br + BrO 3 + H + (medio ácido) Se divide la ecuación en dos semiecuaciones: Br 2 BrO 3 semiecuación de oxidación Br 2 Br semiecuación de reducción En este ejemplo, la especie Br 2 se oxida y se reduce a la vez. El medio es ácido, la presencia de H + lo indica. Para cada semiecuación se balancean primero los átomos diferentes a O e H. Los O se balancean agregando H 2 O y por último los H con H +. Br 2 2Br Br H 2 O 2BrO H Redox I parte:, balanceo 3

4 2012 Las cargas se balancean añadiendo electrones a un lado de cada semiecuación. Se iguala el número de e - en las dos semiecuaciones, multiplicando por los coeficientes apropiados (se aplica mínimo común) Br e- 2Br x 10 5 Br H 2 O 2BrO H e- x Br e- 10 Br Br H 2 O 2 BrO H e- - 6Br H 2 O 10 Br + 2 BrO H 1+ Se suman ambas semiecuaciones, se cancelan los e - y las especies presenten a ambos lados de la ecuación. 6Br H 2 O 10 Br + 2 BrO H 1+ Los coeficientes de balanceo se dejan con el mínimo común múltiplo. 3Br H 2 O 5 Br + 1 BrO H 1+ Compruebe el tipo y número de átomos y las cargas. Especie/ cargas Izquierda Derecha Bromo 6 6 Hidrógeno 6 6 Oxigeno 3 3 cargas = Ejemplo de balanceo en medio básico: (OH o de alguna base) + + H 2 O Zn + NO 3 + OH Se divide la ecuación en dos semiecuaciones: Zn semiecuación de reducción. Especie que se reduce Zn 2+ NO 3 semiecuación de oxidación. Especie que se oxida N 3- Se balancea primero los átomos diferentes a O e H. Los O se balancean agregando H 2 O y los H con H +. Por cada H +, se agrega el mismo número de OH a ambos lados de la semiecuación. + 4 H OH - Zn + 2 H 2 O+ 4 OH H 2 O + 9 OH - NO H OH - Las cargas se balancean añadiendo electrones a un lado de cada semiecuación. + 4 H OH e- Zn + 2 H 2 O+ 4 OH - x H 2 O + 9 OH - NO H OH e-x 2 1 Se iguala el número de e - en las dos semiecuaciones, multiplicando por los coeficientes apropiados (se aplica mínimo común) Se agrupan igual número de H + y OH - = H H 2 O H OH - + 8e- 4 Zn + 8H 2 O+ 16OH - 9 H 2 O + 3H 2 O + 9OH - NO 3 + 9H + + 9OH - + 8e Redox I parte:, balanceo 4

5 2012 Se suman ambas semiecuaciones y se cancelan las especies y los e-a ambos lados de la ecuación. Se verifica el tipo y número de átomos y las cargas H OH - + 8e- 4 Zn + 8H 2 O + 16OH - 19 H 2 O 17 H 2 O + 3H 2 O + 9OH - NO 3 + 9H + + 9OH - + 8e H 2 O 4 Zn + NO OH Especie/ cargas Izquierda Derecha Bibliografía: Brown, T.L; LeMay, H.E; Bursten, B.E; Murphy, C.(2009). Química La Ciencia Central (11a ed.). México: Pearson Educación. pp Chang, R. (2007). Química (9a ed.). México: Mc Graw Hill. pp Escuela de Química-ITCR. Folleto Preguntas y problemas para practicar, pp 76 a 82 Zn 4 4 N 1 1 O H 7 7 cargas = Redox I parte:, balanceo 5