Reacciones redox (se profundiza en teóricos semana 3) Reacciones ácido-base (se profundiza en teóricos semanas 6 y 7)

Transcripción

1 Dr. Hugo Cerecetto Prof. Titular de Química

2 Temario 2) La reacción química: - Introducción. Clases principales de reacciones químicas - Reacciones de precipitación y reacciones ácido-base - Reacciones de óxido-reducción - Ecuaciones químicas y estequiometria - Igualación de ecuaciones. Ecuaciones redox - Cálculos estequiométricos utilización del concepto de mol - Reactivo limitante, pureza y rendimiento - Concepto de equivalente, peso equivalente y su aplicación a cálculos estequiométricos - Disoluciones - Distintas formas de expresar la concentración de disoluciones (%, molaridad, fracción molar, g/l, molalidad, normalidad) - Cálculos estequiométricos

3 Temario 2) La reacción química: - Introducción. Clases principales de reacciones químicas - Reacciones de precipitación y reacciones ácido-base - Reacciones de óxido-reducción - Ecuaciones químicas y estequiometria - Igualación de ecuaciones. Ecuaciones redox - Cálculos estequiométricos utilización del concepto de mol - Reactivo limitante, pureza y rendimiento - Concepto de equivalente, peso equivalente y su aplicación a cálculos estequiométricos - Disoluciones - Distintas formas de expresar la concentración de disoluciones (%, molaridad, fracción molar, g/l, molalidad, normalidad) - Cálculos estequiométricos

4 Bibliografía

5 TIPOS DE REACCIONES Se pueden clasificar según proceso global en: Reacciones de precipitación (ver video en EVA) Reacciones redox (se profundiza en teóricos semana 3) Reacciones ácido-base (se profundiza en teóricos semanas 6 y 7)

6 TIPOS DE REACCIONES Se pueden clasificar según proceso global en: Reacciones de precipitación (ver video en EVA) Reacciones redox (se profundiza en teóricos semana 3) Reacciones ácido-base (se profundiza en teóricos semanas 6 y 7)

7 Reacciones de óxido-reducción (Reacciones Redox)

8 Reacciones de óxido-reducción (redox) Son reacciones en donde ocurre una transferencia neta de electrones de un reactivo a otro - En la industria, los procesos redox son muy importantes, tanto por su uso productivo (por ej. reducción de minerales para la obtención del Al o del Fe), como por su prevención (corrosión) - En el metabolismo de todos los seres vivos, los procesos redox son fundamentales, ya que están involucrados en la cadena de reacciones químicas de la fotosíntesis y de la respiración aeróbica

9 Repaso y profundización en el número de oxidación - El número de oxidación de un elemento en una sustancia elemental es CERO - El número de oxidación del H es +1 (excepto en los hidruros metálicos que vale -1) - El número de oxidación del O es -2 (excepto en los peróxidos cuando vale -1) - El número de oxidación de los elementos metálicos representativos es positivo y corresponde a su número de grupo (grupos 1, 2 y 3) - La suma algebraica de los números de oxidación en un compuesto neutro es CERO y en un ión coincide con su CARGA

10 . veamos la siguiente reacción (video EVA): Cu(s) + 2 AgNO 3 (ac) Cu(NO 3 ) 2 (ac) + 2 Ag(s)

11 . veamos la siguiente reacción: - OXIDACIÓN: Pérdida de electrones (o aumento en el número de oxidación) Cu Cu e - REDUCCIÓN: Ganancia de electrones (o disminución en el número de oxidación) Ag + + 1e Ag Cada una de estas reacciones se denomina SEMIRREACCIÓN

12 . veamos la siguiente reacción: - OXIDACIÓN: Pérdida de electrones (o aumento en el número de oxidación) Cu Cu e - REDUCCIÓN: Ganancia de electrones (o disminución en el número de oxidación) Ag + + 1e Ag Cada una de estas reacciones se denomina SEMIRREACCIÓN

13 Agentes oxidantes y reductores Agente oxidante: Sustancia que se reduce porque oxida a otra Agente reductor: Sustancia que se oxida porque reduce a otra

14 Ajuste de reacciones redox Se basa en la conservación tanto de la masa como de la carga (los electrones que se pierden en la oxidación son los mismos que los que se ganan en la reducción) Para ello hay que definir el método a utilizar: -Método del número de oxidación -Método ión-electrón

15 Método del número de oxidación - Identificar los átomos que cambian su estado de oxidación (E.O.) - Definir las semirreacciones de oxidación y reducción escribiendo únicamente los átomos que cambian su E.O. - Igualar masas en ambas semirreacciones y luego las cargas multiplicando cada semirreacción por un número que permita igualar la transferencia electrónica total - Sumar las semirreacciones multiplicadas, eliminando los términos que coinciden en reactivos y productos (entre otros los electrones) - Transferir los coeficientes estequiométricos hallados a la ecuación original - Comprobar por inspección que la ecuación quede igualada

16 Ejemplo Ajustar : Zn(s)+ AgNO 3 (ac) Zn(NO 3 ) 2 (ac) + Ag(s) 0 +2 Zn Zn x [ 1e + ] Ag Ag + 2e Zn(0) + 2 Ag(+1) + 2e Zn(+2) + 2 Ag(0) + 2e Finalmente, Zn(s) + 2 AgNO 3 (ac) Zn(NO 3 ) 2 (ac) + 2 Ag(s)

17 Método del ión-electrón - Identificar los átomos que cambian su número de oxidación - Definir las semirreacciones de oxidación y reducción, escribiendo las especies iónicas o moleculares (según corresponda). Escribir disociados únicamente a los electrolitos fuertes - Igualar masas en ambas semirreacciones según medio básico o ácido y cargas multiplicando cada semirreacción por un número que permita igualar el intercambio electrónico total - Sumar las semirreacciones multiplicadas, eliminando los términos que coinciden en reactivos y productos (entre otros los electrones) - Transferir los coeficientes estequiométricos hallados a la ecuación original - Comprobar igualada por inspección que la ecuación quede

18 Reglas de igualación en medio ácido (para el método del ión-electrón) - Por cada átomo de O en exceso en un miembro, se adiciona 1 molécula de H 2 O en el miembro contrario y 2 iones H + en el mismo miembro - El exceso de hidrógeno en un miembro se compensa con igual cantidad de H + en el miembro contrario

19 Ejemplo Ajustar: KMnO 4 (s)+h 2 SO 4 (ac)+ki(s) MnSO 4 (s)+i 2 (g)+k 2 SO 4 (s)+h 2 O(l) [ 2 I I 2 + 2e ] x 5 [ MnO H + + 5e Mn H 2 O ] x2 10 I + 2MnO H e 5I Mn H 2 O + 10e Finalmente, 2KMnO 4 + 8H 2 SO KI 2MnSO 4 + 5I 2 + 6K 2 SO 4 + 8H 2 O

20 Reglas de igualación en medio básico (para el método del ión-electrón) - Por cada átomo de O en exceso en un miembro, se adiciona una molécula de H 2 O en el mismo miembro y 2 iones OH - en el miembro contrario - Por cada átomo de H en exceso en un miembro, se adiciona igual cantidad de OH - en el mismo miembro y de moléculas de H 2 O en el miembro contrario

21 Ejemplo Ajustar Cr 2 (SO 4 ) 3 (s)+kclo 3 (s)+koh(ac) K 2 CrO 4 (s)+kcl(s)+k 2 SO 4 (s)+h 2 O(l) 2Cr OH - 2CrO H 2 O + 6e 6e + ClO 3 + 3H 2 O Cl + 6OH - 2Cr OH - +ClO 3 +3H 2 O+6e 2CrO H 2 O+6e +Cl +6OH Finalmente, Cr 2 (SO 4 ) 3 +KClO 3 +10KOH 2K 2 CrO 4 +KCl+3K 2 SO 4 +5H 2 O

22 Ejemplo Ajustar As(s) + HClO 3 (ac) H 3 AsO 3 (ac) + HClO(ac) [ 3H 2 O + As H 3 AsO 3 + 3H + + 3e ] x 4 [ 4e + 4H + + HClO 3 HClO + 2H 2 O ] x 3 12e +12H 2 O+4As+12H + +3HClO 3 4H 3 AsO 3 +12H + +3HClO+6H 2 O+12e 6 Finalmente, 6H 2 O + 4As(s) + 3HClO 3 (ac) 4H 3 AsO 3 (ac) + 3HClO(ac)

23 No siempre una reacción se produce de acuerdo a lo esperado La cantidad de producto que se suele obtener de una reacción química, es menor que la cantidad según las relaciones de masas que se indican en la ecuación correspondiente Esto depende de varios factores y por ello la recuperación del 100% del producto puede ser prácticamente imposible Hay que tener en cuenta: - Reactivos limitantes - Pureza de los reactivos - Distintas variantes que influirán en el rendimiento de la reacción (temperatura, productos secundarios, etc)

24 Rendimiento teórico La cantidad máxima que puede obtenerse de un determinado producto en una reacción química se denomina rendimiento teórico Es la cantidad de producto que se obtendrá si reacciona todo el reactivo limitante. Se calcula a partir de los coeficientes estequiométricos de una ecuación química y de las cantidades de reactivos empleadas En improbable alcanzar el rendimiento teórico, pues las reacciones químicas no siempre se completan

25 REACTIVO LIMITANTE Al llevar a cabo una reacción química, los reactivos pueden estar o no en la proporción exacta que determinan sus coeficientes estequiométricos El reactivo que se consume primero en una reacción recibe el nombre de reactivo limitante, pues la reacción solo tendrá lugar hasta que se consuma éste, quedando el/los otros reactivos en exceso 2H 2 (g) + O 2 (g) 2H 2 O(l)

26 Rendimiento experimental. Rendimiento expresado en la base de 100 % La cantidad de producto obtenida experimentalmente (esto es, medida tras realizar el experimento en el laboratorio) es probablemente menor que la calculada teóricamente Por ello, se define el rendimiento expresado en la base de 100 %, como el cociente entre la cantidad de producto obtenido (rendimiento experimental) y el rendimiento teórico Rendimiento (%) = rendimiento experimental x 100 rendimiento teórico

27 PUREZA Una muestra puede no tener una pureza del 100% Las impurezas de la misma pueden interferir en una reacción química por lo que muchas veces es necesario determinarlas y en algunos casos eliminarlas Quilate de orfebrería: Designa la pureza de los Quilate de orfebrería: Designa la pureza de los metales utilizados en las joyas. Un quilate (kt) de un metal representa la venticuatroava parte (1/24) de la masa total de la aleación que la compone (aproximadamente el 4.167%). Por ejemplo, si una joya hecha con oro es de 18 quilates, su aleación está hecha de 18/24 (ó 3/4) partes de oro y tiene una pureza del 75%; mientras que una pieza de 24 quilates está hecha de 24/24 partes de oro y por lo tanto es de oro puro.

28 Cuando la metilamina CH 3 NH 2 se trata con ácido ocurre la siguiente reacción: CH 3 NH 2 (ac) + H + (ac) CH 3 NH 3+ (ac) Cuando 3 g de metilamina reaccionan con 0.1 mol de H +, se producen 2.6 g de CH 3 NH 3+. Calcular los rendimientos teórico y porcentual. 1º) Se determina en primer lugar el reactivo limitante y el rendimiento teórico: 2º) Se calcula el rendimiento porcentual: Rendimiento % = (2.6/3.1) x100 = 83.9 %

29 Tarea 3 Comienzo Viernes 04/4 20:00 h