UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA FACULTAD DE CIENCIAS MÉDICAS, CUM UNIDAD DIDACTICA QUIMICA, PRIMER AÑO GUIA DE ESTUDIO 2016 SEMANA 5 Reacciones de óxido reducción: REDOX Elaborado por: Isabel Fratti de Del Cid Qué es una reacción de Oxidación ó Reducción? Es aquella reacción en la cual hay transferencia de electrones, es decir un átomo no combinado o un átomo en un compuesto gana o pierde electrones. Aunque la ganancia ó pérdida de electrones en algunos casos no es real, es decir los productos formados no son sustancias iónicas, sino sustancias moleculares formadas a través de compartimiento de electrones (enlaces covalentes). Cómo se detecta si una reacción es de Oxidación-Reducción? Se determinan los números de oxidación (de acuerdo a reglas establecidos) de cada elemento presente en los reactivos y en los productos, si hay variación entonces decimos que la reacción es redox o de óxido-reducción. En estas reacciones siempre hay por lo menos un elemento que se oxida y uno que se reduce. Existen reacciones en las que dos átomos se oxidan y uno se reduce, o que dos se reducen y uno se oxida, o que el elemento que se oxida y el que se reduce se hallan dentro del mismo compuesto? SI, pero no se verán dichos casos. En los ejercicios de su guía y en preguntas de los exámenes, las ecuaciones a balancearse solo tendrán un elemento que se oxida y otro que se reduce. OXIDACION: proceso en el cual un átomo pierde electrones, y numéricamente aumenta su número de oxidación. (Disminuye el valor de los números de oxidación negativos o aumenta el de los positivos). REDUCION: Proceso en el cual un átomo gana electrones y numéricamente disminuye su número de oxidación. (Aumenta el valor de los números de oxidación negativos o disminuye el de los positivos). Se puede usar la siguiente línea, donde se representan los números o estados de oxidación debe observar los cambios y las tendencias. Analícelo así: Oxidación -7,-6,-5,-4,-3,-2,-1,0,+1,+2,+3,+4,+5,+6,+7, Reducción * OXIDANTE: Sustancia que contiene al elemento que se reduce. * REDUCTOR: Sustancia que contiene al elemento que se oxida. *Nota: los agentes oxidantes y los agentes reductores deben buscarse del lado de los reactivos (en el lado izquierdo de la ecuación). 1/7
COMO BALANCEAR LAS REACCIONES DE OXIDO-REDUCCIÓN: Consideremos la siguiente ecuación: HNO3 + H2S NO + S + H2O A)Coloque los números de oxidación de cada elemento participante como reactivo y producto de acuerdo a las reglas para asignar los números de oxidación (tema tratado en la semana 4). H +1 N +5 O -2 3 + H +1 2S -2 N +2 O -2 + S 0 + H +1 2O -2 B) Identifique los elementos que cambian su número de oxidación en los productos. 5 2 N N El Nitrógeno GANO 3 electrones; se REDUJO (Disminuyó su número de oxidación): Unidades de reducción = 3 S oxidación): Unidades de oxidación = 2 C) Identifique en el lado de los reactivos al agente oxidante y el reductor: HNO3: agente oxidante, pues contiene al elemento que se redujo(n). H2S: agente reductor, pues contiene al elemento que se oxidó (S). 2 0 S El Azufre, PERDIO 2 electrones; se OXIDO (Aumentó su número de D) Coloque las unidades de reducción (cambio en el número de oxidación del elemento Reducido) = 3 como coeficiente de la sustancia que contiene al elemento que se oxidó y como Coeficiente de la sustancia que contiene al elemento que se redujo las unidades de oxidación (cambio en el número de oxidación del elemento oxidado ) = 2. Quedando así: 2 HNO3 + 3 H2S NO + S + H2O D) Con estos coeficientes, balancee en los productos a las sustancias que contiene a los elementos que se oxidaron ó redujeron. Quedando así: 2 HNO3 + 3 H2S 2 NO + 3 S + H2O Note, que el H2O, no posee aún coeficiente, pues ninguno de sus átomos experimentaron oxidación ó reducción, por lo tanto el coeficiente del agua lo debe colocar en base a los coeficientes ya determinados. Quedando así: 2 HNO3 + 3 H2S 2 NO + 3 S + 4 H2O La ecuación ya quedó balanceada: 2 N 2 N 3S 3S 6 O 6 O 8H 8H E) Observe si los coeficientes pueden ser simplificados. En éste caso no, se quedan igual. F) Para calcular el número total de ELECTRONES, puede usar al elemento oxidado ó al reducido y multiplicar el número de unidades de reducción ó de oxidación por el coeficiente final de ese elemento en la ecuación balanceada. Ej.: 2 N +5 2 N +2 = 3 electrones ganados x 2 = 6 electrones transferidos 3 S -2 3 S 0 = 2 eléctrones perdidos x 3 = 6 electrones transferidos Nota: Si la ecuación está balanceada correctamente, ambos números serán iguales. 2/7
TOTAL DE ELECTRONES : 6 e - G) Ejemplo como debe ser completado cada cuadro para los ejercicios solicitados: Usando la ecuación del ejemplo anterior. # TOTAL DE ELECTRONES TRANSFERIDO S S -2 S 0 N +5 N +2 HNO3 H2S 2, 3 2, 3, 4 6 Recomendaciones adicionales para balancear las reacciones Redox. 1. Debe balancearse primero a los elementos que se oxidaron o redujeron, luego los Metales, No metales, y de ultimo al Hidrogeno y Oxígeno. 2. Al finalizar de balancear la ecuación, revise si todos los coeficientes pueden simplificarse a números más pequeños. De ser así el # total de electrones transferidos, debe hacerse hasta que se simplificaron los coeficientes. 3. Recuerde que al balancear una ecuación, NO debe cambiarse los subíndices de la fórmula, solo pueden modificarse los coeficientes. I- Ejemplos: Balancee las siguientes ecuaciones y responda lo que se solicita. Tome de ejemplo el cuadro que se completó con los datos del ejemplo anteriormente resuelto. 1) ZnS + HCl + HNO3 ZnCl2 + NO + S + H2O Ecuación balanceada: 2) Na2HPO3 + KBrO3 + HCl H3PO4 + KBr + NaCl Ecuación balanceada: 3/7
3) Fe + CO2 Fe2O3 + CO Ecuación balanceada: 4) KMnO4 + Na2SO3 + H2O MnO2 + Na2SO4 + KOH Ecuación balanceada: 5) Bi2O3 + NaOH + NaClO NaBiO3 + NaCl + H2O Nota: En este caso no deberá colocarse el coeficiente a uno de los reactivos, pues ya tiene en su fórmula un subíndice 2. Ecuación balanceada: 6) KClO3 + Na2SnO2 KCl + Na2SnO3 Ecuación balanceada: 4/7
Como se identifican las reacciones de oxidación y reducción en reacciones orgánicas I) Oxidación: Se observa en el producto orgánico un incremento en la proporción de Oxigeno o disminución en la proporción de Hidrógenos respecto al reactivo, ejemplos: a) CH3CH2CHO + KMnO4 CH3CH2COOH + MnO2 + KOH * 6H y 1O 6 H y 2O aumenta proporción de Oxigeno b) CH3CH (OH) CH2CH3 + KMnO4 CH3COCH2CH3 * 10 H y 1 O 8H y 1O disminuyo proporción de Hidrógenos II) Reducción: se observa en el producto orgánico un aumento en la proporción de Hidrógenos o una disminución en la proporción de Oxígenos respecto al reactivo. Ejemplos: a) CH3CH=CHCH3 + H2 CH3CH2CH2CH3 * 8H 10H aumenta proporción de Hidrógenos b) CH3CH2COCH3 + NaBH4 CH3CH2CH (OH) CH3 * 8 H 1O 10 H 1O Aumenta proporción de hidrógenos *Reacciones no completas, muestran el producto principal, en algunos casos se omiten, algunos reactivos, productos y los catalíticos. A continuación se les proporciona algunas reacciones que ocurren dentro de los organismos vivos, clasifíquelas de acuerdo a lo considerando en ésta sección y la información en las páginas 219 y 220: Use los datos proporcionados en las ecuaciones. 1) Conversión de ácido pirúvico en láctico, reacción responsable de una parte del dolor muscular, luego de realizar ejercicios: CH3COCOOH + NADH+H CH3CH (OH) COOH + NAD + 1.1--El ácido pirúvico se (oxido/redujo). 1.2-Que criterio usó para dar la respuesta anterior 1.3- La coenzima participante (NADH+H) se oxidó / redujo.. 1.4- Criterio usado para dar la respuesta anterior.. 2) El ácido linoleíco, experimenta la siguiente reacción en el proceso de β-oxidación (nota: la ecuación está resumida, se omiten pasos de la β-oxidación, enzimas y coenzimas involucradas). Compare con respuesta del ejercicio 6.19 (muy parecido) en la página 254. C17H31COOH C17H33COOH 2.1- El ácido linoleíco se oxido/redujo 2.2- Criterio usado para dar su respuesta. 5/7
3) Busque las siguientes reacciones del ciclo de Krebs escríbalas, e identifíquelas como reacciones de oxidación o reducción:, tomando como criterio si el producto aumenta o disminuye la proporción de Oxígenos o Hidrógenos. 3.1- Conversión del Malato a Oxalacetato. (Oxidación / reducción): Reacción: 3.2- Conversión de Succinato a Fumarato. (Oxidación/Reducción) Reacción: Lea el tema Oxidación y reducción en sistemas biológicos página 219 y 220 y responda si las siguientes reacciones que ocurren en los seres vivos son de oxidación o de reducción. No Reacción Oxidación / reducción 1 CH3OH H2CO + 2H 2 2 H2CO + O2 2 H2CO2 3 NAD + + 2H NADH + H + 4 2 H2CO2 + O2 2 CO2 + 2 H2O Cuál de las reacciones anteriores, de acuerdo a lo estudiado en la semana 4 y por los productos obtenidos puede clasificarse además como de combustión?. 6/7
Lea La Química y Salud El smog y la salud página 215 de y complete lo siguiente: a) El Smog necesita luz solar y produce contaminantes como: y b) El Smog o de Londres quema Carbono que contiene y emite. c) Escriba las reacciones que muestran la formación de las siguientes sustancias: c.1) Óxido de Nitrógeno a partir de N2 y O2: c.2) NO2:. c.3) Ozono (O3). c.4) SO2. c.5) SO3. c.6) H2SO4:. c.7) La descomposición del NO2 por exposición a la luz solar. Subraye con amarillo las reacciones que se consideran producto del Smog fotoquímico y con otro color las que se consideran producto del Smog Industrial. Que puede ocasionar en la presencia de H2SO4 en lagos y ríos Lea La química en el ambiente: Celdas de combustible: Energía limpia para el futuro Enumere dos características de la energía obtenida a través de celdas de combustible como una alternativa a la energía eléctrica. Y Dónde se están utilizando ya dichas celdas? Qué tipo de baterías (pilas) podrían sustituir dichas celdas en el futuro? Escriba la reacción global de la celda de combustible de Hidrogeno-Oxigeno Responda para la reacción anterior: Elemento que se oxida Elemento que se reduce Agente oxidante Agente reductor Con respecto al producto obtenido, escriba su fórmula. Este producto es dañino al ambiente: Si/No. Porque se dice que es Energía Limpia para el futuro 7/7