EQUILIBRIO DE

OXIDACION - REDUCCION

IntroducciónIntroducción

l En una solución de Cu+2 se introduce una lámina de cinc.

l Sobre la lámina de cinc se deposita cobre metálico.

l El cinc se disuelve, disminuyendo la solución su coloración azul.

CuCu+2+2(ac)(ac) + Zn + Zn (s) (s) Cu Cu (s) (s) + Zn + Zn2+2+

(ac)(ac)

Acepta 2eAcepta 2e-- del Zn del Zn

Cede 2eCede 2e-- al ion Cu al ion Cu2+2+

Nuevo tipo de reacciónNuevo tipo de reacción::

“Reacción de “Reacción de transferencia de electrones”transferencia de electrones”

Zn(s) + Cu2+(ac) Zn2+

(ac) + Cu(s)ZnZn(s)(s) + Cu + Cu2+2+((acac)) Zn Zn2+2+

((acac)) + + Cu Cu(s)(s)

tiempo

REACCIÓN DE OXIDACIÓN REDUCCIÓNREACCIÓN DE OXIDACIÓN REDUCCIÓN

DefinicionesDefiniciones

OxidaciónOxidación: : Proceso en el que una sustancia Proceso en el que una sustancia pierdepierdeelectrones.electrones.

ReducciónReducción: : Proceso en el que una sustancia Proceso en el que una sustancia ganaganaelectrones.electrones.

Agente Agente OxidanteOxidante: : Sustancia que Sustancia que provoca la provoca la oxidación oxidación y y se reducese reduce..

Agente ReductorAgente Reductor: : Sustancia que Sustancia que provoca la provoca la reducción reducción y y se oxidase oxida..

Del ejemploDel ejemplo::

Reducción : Cu2+(ac) + 2e- Cu (s)

Oxidación : Zn (s) Zn2+(ac) + 2e-

Agente oxidante : Cu2+ (ac)

Agente reductor : Zn (s)

Reducción : Cu2+(ac) + 2e- Cu (s)

Oxidación : Zn (s) Zn2+(ac) + 2e-

Agente oxidante : Cu2+ (ac)

Agente reductor : Zn (s)

CuCu+2+2(ac)(ac) + + Zn Zn (s) (s) CuCu (s) (s) + + ZnZn2+2+

(ac)(ac)

Acepta 2eAcepta 2e-- del Zn del Zn

Cede 2eCede 2e-- al ion Cu al ion Cu2+2+

Conclusiones Conclusiones

44 Si una sustancia se oxida, en la misma reacción otra Si una sustancia se oxida, en la misma reacción otra debedebe ser reducida. ser reducida.

44 Agente Agente reductor: se oxidareductor: se oxida y y Agente Agente oxidanteoxidante: : se reducese reduce

Determinación del estado de oxidación

1. Atomo en un elemento puro: nox igual a 0.

2. Iones monoatómicos: nox igual a la carga del ion.

3. Flúor: nox = -1 en cualquier compuesto.

4. nox (H) = +1 y nox (O) = -2 mayoría compuestos

5. Cl, Br y I: nox siempre -1, excepción con O presente

6. La suma algebraica de los nox debe ser igual a la carga neta de lamolécula.

1. 1. Atomo en un elemento puro: Atomo en un elemento puro: noxnox igual a 0. igual a 0.

2. 2. Iones monoatómicos: Iones monoatómicos: noxnox igual a la carga del ion. igual a la carga del ion.

3. 3. Flúor: Flúor: noxnox = -1 en cualquier compuesto. = -1 en cualquier compuesto.

4. 4. noxnox (H) = +1 y (H) = +1 y noxnox (O) = -2 mayoría compuestos (O) = -2 mayoría compuestos

5. 5. Cl,Cl, Br Br y I: y I: noxnox siempre -1, excepción con O presente siempre -1, excepción con O presente

6. 6. La La suma algebraica suma algebraica de los nox debe ser de los nox debe ser igual a la carga neta de laigual a la carga neta de lamolécula.molécula.

Cambios de estados de oxidación en una reacción redox

Cambios de estados de oxidaciónCambios de estados de oxidación en una reacción en una reacción redoxredox

44 El El cobre se oxidacobre se oxida; ; aumentaaumenta su su estado de oxidaciónestado de oxidación

44 El El ácido nítrico se reduceácido nítrico se reduce; su ; su estado de oxidaciónestado de oxidación disminuyedisminuye..

44 Agente reductor Agente reductor :: CuCu

44 AgenteAgente oxidante oxidante : : HNOHNO33

Cu Cu (s) (s) + 4HNO + 4HNO3 (ac)3 (ac) Cu(NOCu(NO33))2 (ac)2 (ac) + 2NO + 2NO2 (g)2 (g) + 2H + 2H22OO (l) (l)

00 +1 5 -2+1 5 -2 +2 5 -2+2 5 -2 4 -24 -2 +1 -2+1 -2

O x idantes R e d u c tores

A g e n te O x idante P r o d u c to reacc ión A g e n te reductor P r o d u c toreacc ión

O 2 / H + H 2O H 2 H + o H e n H 2O

F 2, Cl2, Br 2 , I2 F -, C l -, B r -, I -L i, N a , K , Mg, A l L i+ , N a + , K +, M g 2 +

A l3 +

H N O 3 N O y N O 2

C (reduc ión deox idos m e tál icos C O y C O 2

C r2O 72-

C r3 +

e n s o luc ión ác ida

F e , C u ,

Z nF e 2 + o F e 3+ ,

C u 2 + , Zn 2 +

H 2O 2 / H+ H 2O N a B H 4 H 3B O 4 + H .

M n O 4-

M n 2 + ,

e n s o luc ión ác ida

I –

S 2O 32-

I2

S 4O 62-

Agentes Oxidantes y Reductores Más ComunesAgentes Oxidantes y Reductores Más Comunes

ZnZn(s)(s) + Cu + Cu2+2+(ac)(ac) ZnZn2+2+

(ac)(ac) + + CuCu(s)(s)

Celdas electroquímicas o galvánicas Celdas Celdas electroquímicas electroquímicas o galvánicaso galvánicas

Para aprovechar el flujo de electrones de esta reacción, el Zn

metálico y los iones Cu2+ (reductor y oxidante) deben ser puestos

en recipientes separados.

Para aprovechar el Para aprovechar el flujo de electrones flujo de electrones de esta reacción, el Zn de esta reacción, el Zn

metálico y los iones Cumetálico y los iones Cu2+2+ (reductor y (reductor y oxidanteoxidante) deben ser puestos) deben ser puestos

en recipientes en recipientes separadosseparados..

Celda voltaica o galvánica Celda voltaica o galvánica Celda voltaica o galvánica

EnergíaQuímica

Energíaeléctrica

Componentes de una celda galvánica Componentes de una celda galvánica

- - Electrodos:Electrodos: conducen los econducen los e-- hacia o desde las soluciones hacia o desde las soluciones

ActivoActivo:: reactivo o producto en la reacción (Cu, Zn, reactivo o producto en la reacción (Cu, Zn, AgAg))

InerteInerte:: se limita a conducir ese limita a conducir e- - (Pt, grafito)

CátodoCátodo:: electrodo en el que ocurre la electrodo en el que ocurre la reducciónreducción AnodoAnodo:: electrodo en el que ocurre la electrodo en el que ocurre la oxidaciónoxidación

- - Puente salinoPuente salino- - Conductor de electronesConductor de electrones

4 Los electrones se mueven a través del circuito externo porque hay una

diferencia de potencial eléctrico entre sus electrodos.

4 La carga transportada es proporcional a la concentración de lasespecies de la celda, el potencial de la celda depende de:

ä concentración de los iones en la celda

ä presión de algún gas involucrado en la reacción

ä temperatura.

44 Los electrones se mueven a través del circuito externo porque hay unaLos electrones se mueven a través del circuito externo porque hay una

diferencia de potencial eléctricodiferencia de potencial eléctrico entre sus electrodos.entre sus electrodos.

44 La carga transportada es proporcional a la concentración de lasLa carga transportada es proporcional a la concentración de lasespecies de la celda, el potencial de la celda depende de:especies de la celda, el potencial de la celda depende de:

ää concentración concentración de los iones en la celda de los iones en la celda

ää presión presión de algún gas involucrado en la reacción de algún gas involucrado en la reacción

ää temperatura. temperatura.

Celdas galvánicas y Potenciales Celdas galvánicas y Potenciales Celdas galvánicas y Potenciales

Corriente eléctrica Trabajo eléctrico

Trabajo eléctrico = carga x dif. potencial

Potenciales Estándar Potenciales Estándar Potenciales Estándar

Valor del Valor del potencial de la celda sipotencial de la celda si se se cumplencumplen las siguientes las siguientes condicionescondiciones::

33 ConcentracionesConcentraciones de las especies en solución iguales a de las especies en solución iguales a 1,0 M1,0 M

33 PresionesPresiones de los gases involucrados en la reacción iguales a de los gases involucrados en la reacción iguales a 1,01,0atmatm

33 TemperaturaTemperatura de la celda igual a de la celda igual a 25 ºC25 ºC

Cálculo del potencial de una celda galvánica Cálculo del potencial de una celda galvánica Cálculo del potencial de una celda galvánica

EEceldacelda = = E Eoxox + + E Eredred

Potencial dePotencial de semicelda semicelda : Valor : Valor relativo relativo

SemiceldaSemicelda de referencia: de referencia:

2H2H++(ac, 1M)(ac, 1M) + 2e + 2e-- HH2 2 (g, 1atm) (g, 1atm) Eº = 0,00Eº = 0,00

HH2 2 (g, 1atm) (g, 1atm) 2H2H++(ac, 1M)(ac, 1M) + 2e + 2e-- Eº = 0,00 Eº = 0,00

Zn Zn(s) (s) ZnZn2+2+((acac, 1M), 1M) + 2e + 2e-- Eº = 0,76 (V) Eº = 0,76 (V)

Cu Cu2+2+((acac, 1M), 1M) + 2e + 2e-- CuCu(s)(s) Eº = 0,34 (V)Eº = 0,34 (V)

Zn Zn(s)(s) + Cu + Cu2+2+((acac, 1M), 1M) CuCu (s) (s) ++ ZnZn2+2+((acac, 1M), 1M) E Enet net = 1,10 (V)= 1,10 (V)

ReacciónReacción E° a 25°CE° a 25°C

Cl Cl2(g)2(g) (P= 1atm) (P= 1atm) + 2e+ 2e-- 2 Cl2 Cl-- +1,359 (V) +1,359 (V)

Ag Ag+ + (ac, 1 M) (ac, 1 M) + e+ e-- AgAg (s) (s) +0,799 (V) +0,799 (V)

Fe Fe3+ 3+ (ac, 1 M) (ac, 1 M) + e+ e-- FeFe3+3+ (ac) (ac) +0,771 (V) +0,771 (V)

Cu Cu2+2+((acac, 1 M) , 1 M) + 2e+ 2e-- CuCu (s) (s) +0,34 (V)+0,34 (V)

2H 2H++((acac, 1 M) , 1 M) + 2e+ 2e-- HH22 (g, 1 (g, 1 atm atm)) 0,00 (V) 0,00 (V)

Ni Ni2+2+((acac, 1 M) , 1 M) + 2e+ 2e-- Ni (s)Ni (s) -0,25 (V)-0,25 (V)

Cd Cd2+2+(ac, 1 M) (ac, 1 M) + 2e+ 2e-- CdCd (s) (s) -0,40 (V)-0,40 (V)

Zn Zn2+2+((acac, 1 M) , 1 M) + 2e+ 2e-- ZnZn (s) (s) -0,76 (V)-0,76 (V)

Potenciales Estándares Potenciales Estándares Potenciales Estándares

Potenciales de la celda: Zn/Zn2+(1M) // Cu2+ (1M)/Cu(S) Potenciales de la celda: Zn/Zn Potenciales de la celda: Zn/Zn2+2+(1M) // Cu(1M) // Cu2+ 2+ (1M)/Cu(1M)/Cu(S)(S)

Potenciales es CondicionesNO estándares

Potenciales es Condiciones Potenciales es CondicionesNO estándaresNO estándares

Valor del Valor del potencial de la celda que no potencial de la celda que no cumplecumple alguna de las alguna de las condicionescondiciones::

33 ConcentracionesConcentraciones distintas a distintas a 1,0 M1,0 M

33 PresionesPresiones distintas a distintas a 1,01,0 atm atm

33 TemperaturaTemperatura de la celda igual a de la celda igual a 25 ºC25 ºC

“Corresponde a la mayoría de los casos reales” “Corresponde a la mayoría de los casos reales” “Corresponde a la mayoría de los casos reales”

Se aplica Ecuación de Nernst: Se aplica Ecuación de Se aplica Ecuación de NernstNernst::

QRT

ln Fn

- Eº = E

Ecuación de Nernst. Ecuación de Ecuación de Nernst Nernst..

Relaciona el potencial de una reacción Relaciona el potencial de una reacción electroquímica electroquímica con la concentración de lascon la concentración de lasespecies especies reaccionantesreaccionantes

EE = = potencial de la celda potencial de la celda en condiciones en condiciones NO estándarNO estándar

EEº = º = potencial estándarpotencial estándar

nn = = Nº deNº de electrones transferidoselectrones transferidos

RR = constante de los gases (8,31441 J/°K mol)= constante de los gases (8,31441 J/°K mol)

TT = Temperatura absoluta (°K)= Temperatura absoluta (°K)

FF = constante de = constante de Faraday Faraday (96484,56 ((96484,56 (coulombcoulomb/mol)/mol)

KK = constante de equilibrio de la reacción= constante de equilibrio de la reacción

En el equilibrio de la reacción: Oxidante + ne- Reductor En el equilibrio de la reacción: En el equilibrio de la reacción: Oxidante Oxidante + + nene-- ReductorReductor

[Oxidante]

][Relog

n

05917,0 - Eº= E

ductor

QRT

ln Fn

- Eº = E

…a 25°C

Aplicaciones de Ec. Nernst Aplicaciones de Aplicaciones de EcEc. . NernstNernst

Predice el comportamiento del potencial en función de:Predice el comportamiento del potencial en función de:

33 ConcentracionesConcentraciones distintas especies químicas que reaccionan distintas especies químicas que reaccionan

33 PresionesPresiones de gases de gases

33 TemperaturaTemperatura de la reacción de la reacción

33 pHpH

33 Equilibrios adicionales:Equilibrios adicionales:

ãã Precipitación de agentes Precipitación de agentes oxidantes oxidantes o reductoreso reductores

ãã Formación de complejos de agentes Formación de complejos de agentes oxidantes oxidantes o reductores o reductores

Ejemplos se verán en clases y laboratorios

POTENCIAL EN FUNCIÓN DEL pH POTENCIAL EN FUNCIÓN DEL POTENCIAL EN FUNCIÓN DEL pHpH

EE°° de Sistemas de Sistemas redox redox ácido baseácido base E° (V) E° (V)

33 AsO AsO44-3-3 + 2 H + 2 H++ + 2e + 2e-- AsOAsO33

-3-3 + 2 H + 2 H22OO +0,56+0,56

33 ClO ClO44-- + 8 H + 8 H++ + 8e + 8e-- ClCl-- + 4 H + 4 H22OO +1,34+1,34

33 CrCr22OO77-2-2 + 14 H + 14 H++ + 6e + 6e-- 2 Cr2 Cr3+3+ + 7 H + 7 H22OO +1,36+1,36

33 HH22OO2 2 + 2 H + 2 H++ + 2e + 2e-- 2 H2 H22OO +1,77+1,77

33 MnOMnO4 4 + 8 H + 8 H++ + 5e + 5e-- MnMn2+2+ + 4 H + 4 H22OO +1,52+1,52

33 MnOMnO44 + 4 H + 4 H++ + 3e + 3e-- MnOMnO2 2 + 2 H + 2 H22OO +1,70+1,70

33 SO SO44-2-2 + 2 H + 2 H++ + 2e + 2e-- SOSO33

-2-2 + H + H22OO +0,20+0,20

33 O O22 + 4 H + 4 H++ + 4 e + 4 e-- 2 H2 H22OO +1,23+1,23

Baterías y celdas primariasPila seca o de Leclanché

Pila alcalinaPila alcalina

Batería de mercurioBatería de mercurio

Batería de plomo

Batería de Ni-Batería de Ni-CdCd

Celda electrolítica Celda Celda electrolíticaelectrolítica

EnergíaQuímica

Energíaeléctrica

Leyes de la electrólisis relación masa - carga Leyes de la electrólisis Leyes de la electrólisis relación masa - cargarelación masa - carga

La ecuación nos dice que por cada un molde cobre que se deposita, se requieren de

dos moles de electrones.

La ecuación nos dice que La ecuación nos dice que por cada un molpor cada un molde cobre de cobre que se deposita, se requieren deque se deposita, se requieren de

dos moles de electronesdos moles de electrones..

Cu2+(ac) + 2e- Cu (s) Cu Cu2+2+(ac)(ac) + 2e + 2e-- Cu Cu (s) (s)

Electrólisis de cloruro de sodio fundidoElectrólisis de cloruro de sodio fundidoElectrólisis de cloruro de sodio fundido

Escriba Reacciones de:

• Cátodo

• Anodo

La carga eléctrica de un mol de electrones es

igual a 96.500 (coulomb) (constante de

Faraday)

La La carga eléctrica carga eléctrica de de un mol de electrones un mol de electrones eses

igual a igual a 96.500 (96.500 (coulombcoulomb) (constante de) (constante de

FaradayFaraday))

Corriente ampsc a el ctrica coulombs C

tiempo segundos s, ( )

arg ( ) ( )

I = e ,

,