PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATÓLICA DE VALPARAÍSO INSTITUTO DE QUÍMICA – QUI 123 LABORATORIO Nº2 REACCIONES REDOX Una reacción de óxido-reducción, o reacción redox, implica una transferencia de electrones entre los reactantes. La especie que entrega electrones se denomina agente reductor, por lo tanto aumenta su estado de oxidación, es decir, se oxida, mientras que la especie que acepta electrones se llama agente oxidante y disminuye su estado de oxidación, es decir, se reduce. La ecuación química general que representa este tipo de reacción es la siguiente: Ox1 + Red2 Red1 + Ox2 siendo Ox1 el agente oxidante, que se reduce a Red1, mientras que Red2 es el agente reductor, que se oxida a Ox2: Ox1 + n e- Red1 Red2 Ox2 + n e- Es importante señalar que una reacción redox se produce sólo cuando existe una especie que cede electrones y otra especie que capta los electrones cedidos. Un ejemplo de reacción redox lo constituye la reacción entre los elementos hidrógeno y oxígeno para producir agua. En este caso, ambos elementos, en su estado de oxidación cero, se combinan para formar el compuesto agua, a través de una transferencia electrónica entre ellos. El hidrógeno presente en las moléculas de agua se encuentra en un estado de oxidación +1, es decir, ha sufrido una oxidación, mientras que el oxígeno, que capta los electrones cedidos por el hidrógeno, se reduce al estado de oxidación –2: 2 H2º(g) + O2º(g) 2 H2O(l) Muchas de las reacciones redox que se llevan a cabo en medio acuoso, son dependientes de la concentración de protones. En estos casos, la cantidad de protones en el medio puede determinar la formación de un producto u otro. Por ejemplo, el ión permanganato, MnO4-, presente en las disoluciones de permanganato de potasio o sodio, actúa como un poderoso agente oxidante frente a iones metálicos tales como Cu+ ó Fe2+. Sin embargo, si la reacción es realizada en medio ácido (alta concentración de protones) el ión permanganato se reduce al ión Mn 2+, mientras que en medio neutro o básico (concentración de protones baja) se reduce a dióxido de manganeso, MnO 2: MnO4-(ac) + 5 Cu+(ac) + 8 H+(ac) Mn2+(ac) + 5 Cu2+(ac) + 4 H2O(l) MnO4-(ac) + 3 Cu+(ac) + 2 H2O + 2 OH-(ac) MnO2(s) + 3 Cu(OH)2(s) En ciertos casos, un elemento puede presentar variados estados de oxidación dependiendo de la manera en que se combine con otros elementos En algunos casos, se tienen especies donde el elemento se encuentra en un estado de oxidación intermedio, y entonces puede actuar como oxidante o como reductor. Estas especies reciben el nombre de anfolitos redox. Por ejemplo, el elemento manganeso presenta estado de oxidación +7 en el ión MnO4-, +4 en el MnO2, y +2 en el ión Mn2+. Otro ejemplo lo constituye el elemento nitrógeno, perteneciente al grupo 15 de la Tabla Periódica, que presenta el estado de oxidación –3 en el amoniaco, NH3, el estado de oxidación +2 en el monóxido de nitrógeno, NO, el estado de oxidación +4 en el dióxido de nitrógeno, NO2, y el estado de oxidación +5 en el ácido nítrico, HNO3. Reflexione: ¿Cuál(es) de estas especies sería(n) anfolitos redox? Nuestra vida diaria está llena de ejemplos de procesos químicos basados en reacciones de transferencia electrónica. Uno de ellos lo representa el proceso de blanqueo o decoloración, que utiliza sustancias químicas que reaccionan con pigmentos o especies coloreadas mediante reacciones redox. Como ejemplos, podemos mencionar al hipoclorito de sodio que se vende en los supermercados como solución acuosa de ‘cloro’, o el peróxido de hidrógeno, conocido comúnmente como ‘agua oxigenada’. Éste último también es utilizado como antiséptico, actuando de la misma forma como lo hace en su función de blanqueador. PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATÓLICA DE VALPARAÍSO INSTITUTO DE QUÍMICA – QUI 123 Influencia del medio de reacción Consideraciones generales 1.- ¿Que sucederá al mezclar 2,5 mL de una solución de KMnO4 con 10 gotas de NaHSO3 0,1 M en medio ácido (10 gotas de HCl 6,0 M ? Trabaje el análisis de cada reacción bajo el siguiente formato: 2.- ¿Que sucederá al mezclar 2,5 mL de una solución de KMnO4 con 10 gotas de NaHSO3 0,1 M en medio neutro? Ecuación iónica semirreacción Agente oxidante Agente reductor SRO 3.- ¿Que sucederá al mezclar 2,5 mL de una solución de KMnO4 con 10 gotas de NaHSO3 0,1 M en medio básico (10 gotas de NaOH 8,0 M)? SRR SRO 4.- Separe una porción del producto de reacción del tubo 3 y sobre eso agregue 15 gotas de HCl 6,0 M ¿Observa algún cambio? SRR (se aconseja acidificar o basificar el medio, según corresponda, antes de agregar el segundo reactivo) Al respecto: a) Analice cada una de las reacciones anteriores, indicando las características de los productos formados. b) Según sus observaciones afecta el medio (ácido o básico) a la reacción de óxido reducción entre KMnO4 y NaHSO3? c) Determine los estados de oxidación y reducción de las especies que participan en las semi-reacciones analizadas. Reacciones con metales Rotule 4 tubos de ensayo del 1 al 4 y enseguida proceda a realizar la siguientes mezlcas de reacción: Tubo 1: 5 mL de CUSO4 0,1 M + clavo de hierro Tubo 2: 5 mL de HCl 0,1 M + clavo de hierro Tubo 3: 5 mL de AgNO3 + lámina de cobre Tubo 4: 5 mL de HCl 0,1 M + lámina de cobre (debe antes de hacer la mezcla de reacción, lijar las superficies de cada metal utilizado) Al respecto: a) Si usted no lijara la superficie del clavo y de la lámina de cobre antes de realizar la experiencia observaría algún cambio visual durante el desarrollo de la reacción? b) Por qué se deposita cobre puro sobre la superficie del clavo? c) ¿Por qué se deposita plata sobre la superficie de la lámina de cobre? d) ¿Cómo explica usted que algunas sustancias puedan reaccionar entre sí? Observación: Revise bibliografía relacionada con la determinación de los estados de oxidación de los elementos y color (si lo presenta), de la especie o ión en el medio de reacción. Debe traer tabla periódica de los elementos.