Preuniversitario Solidario Santa María Guía N°10, Electivo. Reacciones Oxido- Reducción (REDOX) Se llama Reacción Óxido-Reducción (REDOX) a una transferencia de electrones entre átomos. Por ejemplo: Cu+2 + e- ↔ Cu+ Donde el signo + en el átomo de cobre que se encuentra en la derecha de la reacción representa la carga del átomo o estado de oxidación. Estado de oxidación. El estado de oxidación es un número asignado a un átomo para expresar cuantos electrones ha ganado, perdido o compartido al unirse con otros al formar una molécula, en donde: I. II. Los electrones compartidos se distribuyen en el átomo más electronegativo. Cuando ambos átomos son iguales, dichos electrones se distribuyen equitativamente. Para asignar el número de oxidación se siguen las siguientes reglas arbitrarias: 1. El estado de oxidación de un átomo en un elemento libre (no combinado) es cero. 2. La suma de todos los estados de oxidación de todos los átomos en una molécula o formula unitaria es cero. 3. La suma de los estados de oxidación de todos los átomos de un ión es igual a su carga, tanto en magnitud como en signo. Si el ión es un solo átomo su carga es igual a su estado de oxidación. 4. El estado de oxidación del oxígeno es -2 en todos los compuestos, excepto en: I. En Peróxidos, en que es -1 (ejemplo: H2O2). II. En Superóxidos, en que es -1/2 (ejemplo: KO2). III. El compuesto OF2 dónde es +2. 5. El estado de oxidación del H es +1 en todos los compuestos, salvo en los hidruros metálicos, en los que es -1 (ejemplo: LiH). 6. Los metales alcalinos (Li, Na, K, Rb, Cs) tienen en sus compuestos un estado de oxidación +1; mientras que los metales alcalinotérreos (Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra) tienen uno de +2. www.preusm.cl – Coordinación de Química. Página 1 Preuniversitario Solidario Santa María Guía N°10, Electivo. 7. En compuestos binarios con metales (compuestos que tiene solamente dos elementos) los halógenos (F, Cl, Br, I) tiene estado de oxidación -1, los átomos del grupo de elementos del oxígeno (O, S, Se, Te) tienen estado de oxidación de -2, y aquellos del grupo del nitrógeno (N, P, As, Sb) tienen un estado de oxidación -3. Ejemplo: Calcular el estado de oxidación del S en H2SO4 y en Na2S4O6. Actividad 1: Solución: Tomando en cuenta las reglas n° 2, 4 y 5, tenemos que para el H2SO4: ¿Por qué el azufre tiene distintos valores en su estado de oxidación en estos dos compuestos? ( ) ( ) ( ) ( ) ( ( ) ) Tomando en cuenta las regalas n° 2, 4 y 6, para el caso del S en Na2S4O6 tenemos que: ( ) ( ( ) ( ) ) ( ( ) ) Oxidación. Se dice que un elemento o compuesto se oxida cuando pierde electrones. Esto hace que exista un aumento en el número o estado de oxidación de al menos un elemento. Semi-reacción de oxidación: Proceso en que se “pierden” electrones. → Reducción. Se define como la ganancia de electrones por parte de una especie química. Esto produce una disminución del estado de oxidación de al menos un elemento Semi-reacción de reducción: Proceso en que se “ganan” electrones. www.preusm.cl – Coordinación de Química. Página 2 Preuniversitario Solidario Santa María Guía N°10, Electivo. → Puesto que en una reacción química no es posible ganar o perder electrones realmente, es decir, crearlos o destruirlos, ambos procesos deben suceder simultáneamente, por lo tanto los electrones que se pierden en la oxidación se ganan en la reducción. Las reacciones redox involucran una transferencia de electrones. Ejemplo: Zn + Cu+2 ↔ Cu + Zn+2 Semi-reacción oxidación: Zn → Zn+2 + 2e- Semi-reacción reducción: Cu+2 + 2e- → Cu → → En este caso el zinc pierde electrones (se oxida) y el cobre gana electrones (se reduce). - - - Cuando se produce una oxidación, un átomo de algún compuesto sufre un aumento en el estado de oxidación. En el ejemplo anterior el Zn pasa a Zn+2. Cuando se produce una reducción, un átomo del algún compuesto sufre una disminución en su estado de oxidación. En el ejemplo anterior el Cu+2 pasa a Cu. La sustancia que se oxida (que pierde electrones) en una reacción REDOX posibilita el proceso reductivo acompañante; este compuesto se llama AGENTE REDUCTOR. En el ejemplo anterior el agente reductor es el Zn La sustancia que se reduce (que gana electrones) posibilita el proceso oxidante que se desarrolla simultáneamente; este compuesto se llama AGENTE OXIDANTE. En el ejemplo anterior el agente oxidante es el Cu+2. La sustancia generada por la oxidación del agente reductor se llama SUSTANCIA OXIDADA. En el ejemplo anterior la sustancia oxidada generada es Zn+2. La sustancia generada por la reducción del agente oxidante se llama SUSTANCIA REDUCIDA. En el ejemplo anterior la sustancia reducida generada es Cu. Esquemáticamente: www.preusm.cl – Coordinación de Química. Página 3 Preuniversitario Solidario Santa María Guía N°10, Electivo. SE OXIDA AGENTE OXIDANTE + AGENTE REDUCTOR SUSTANCIA OXIDADA + SUSTANCIA REDUCIDA TRANSFERENCIA DE ELECTRONES SE REDUCE Balance de ecuaciones REDOX. El procedimiento para balancear ecuaciones en la que hay transferencia de electrones se llama método de los estados de oxidación, cuyas principales etapas son: 1. Asignar los números de oxidación a aquellos átomos en los que dicho número cambia. 2. Establecer el número de electrones transferidos por cada átomo 3. Establecer el número de electrones transferidos por cada molécula de agente reductor y oxidante. 4. Igualar la pérdida y ganancia de electrones, asignando coeficientes apropiados a los agentes oxidante y reductor. 5. Asignar por inspección los coeficientes de las demás fórmulas de modo que se cumplan los principios de conservación de la materia y carga eléctrica. Ejemplo: Balancear la ecuación: → 1° paso: Determinar los estados de oxidación para cada átomo de cada molécula participante, según las reglas indicadas anteriormente: → www.preusm.cl – Coordinación de Química. Página 4 Preuniversitario Solidario Santa María Guía N°10, Electivo. 2° y 3° paso: Las especies que cambian su estado de oxidación son el Carbono y el Manganeso. Para el caso de transfiere: Para el caso de ó transfiere: . ó . 4° paso: Igualar la pérdida y ganancia de electrones. Semi-reacción Oxidación: → Semi-reacción Reducción: → Multiplicamos por el factor común de la cantidad de electrones necesaria para equilibrar la pérdida y ganancia de electrones, que en este caso es 2 y 1: → → Sumamos: → y remplazamos los coeficientes en la ecuación inicial: → - En este caso se coloca un coeficiente estequiométrico igual a 1 en , dado que la molécula ya contiene La ecuación NO ESTA BALANCEADA totalmente, por simple inspección (5° paso) se deben balancear el resto de los componentes. En este caso: → www.preusm.cl – Coordinación de Química. Página 5 Preuniversitario Solidario Santa María Guía N°10, Electivo. Celdas Galvánicas. Es un dispositivo que produce energía eléctrica, gracias a la energía liberada en una reacción REDOX. La reacción de reducción y oxidación tiene lugar en dos zonas separadas, denominadas semi celdas. Cada semi celda posee un electrodo en donde ocurre la oxidación (ÁNODO) y la reducción (CÁTODO). Para el ejemplo mostrado en la figura, cada semi-reacción de reducción estándar, tiene un potencial estándar o FEM ESTÁNDAR, que se define como el voltaje que genera una celda en base a un electrodo cero. → → Sumando las semirreacciones respectivas para obtener la ecuación REDOX neta: www.preusm.cl – Coordinación de Química. Página 6 Preuniversitario Solidario Santa María Guía N°10, Electivo. → → → Es decir, la celda mostrada anteriormente genera 1,09[V] en condiciones estándar de 25[°C] y concentraciones 1 [M]. Celda electrolítica. Es un dispositivo que requiere energía eléctrica para que funcione, en la cuál ocurre una reacción de electrólisis (proceso en el cual se produce una reacción química como resultado del paso de una corriente eléctrica). En el ánodo se produce la oxidación, mientras que en el cátodo se produce la reducción. Se emplea en la refinación del cobre. En este proceso, el cobre fundido se amolda en ánodos y se deposita en una solución de sulfato de cobre. Este electrodo se destruye o deshace, dejando en solución iones Cu+2. Este ión se deposita en una lámina de cobre (el cátodo), la cual se engruesa, pues se deposita el cobre que hay en la solución. Así de obtiene el cobre electrolítico con una pureza del 99,9%. Esquemáticamente: www.preusm.cl – Coordinación de Química. Página 7 Preuniversitario Solidario Santa María Guía N°10, Electivo. Ejercicios. 1. Al balancear las siguientes semirreacciones: i) 2Cl Cl2 ii) NO3 NO El número de electrones involucrados en las semirreacciones I y II es, respectivamente: A) B) C) D) E) 2. i ii 1 1 2 2 2 3 5 2 3 5 En la electrólisis del NaCl fundido i) se requiere energía eléctrica. ii) se genera cloro (Cl2) en el cátodo. iii) se reduce el ión Na+. Es (son) correctas: A) B) C) D) E) Sólo I. Sólo II. Sólo II y III. Sólo I y III. I, II y III. 3. Si en una reacción química el número de oxidación de un átomo aumenta, el átomo se ha oxidado. ¿Cuál de las siguientes reacciones es de oxidación? A) Zn2 Zn0 . www.preusm.cl – Coordinación de Química. Página 8 Preuniversitario Solidario Santa María Guía N°10, Electivo. B) Cl2 2Cl . C) S 0 S 2 . D) Fe2 Fe3 . E) Ce4 Ce2 . 4. En una reacción de oxidación-reducción siempre hay transferencia de: i) electrones. ii) protones. iii) neutrones. Es (son) correctas: A) B) C) D) E) Sólo Sólo Sólo Sólo Sólo en en en en en I. II. III. I y II. II y III. www.preusm.cl – Coordinación de Química. Página 9