UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR

UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADORQUMICA SANITARIAING. CARLOS ENRQUEZ PINOSREACCIONES REDOXSemicelda electroqumica

ReduccinOxidacinOxidacin: Prdida de electrones. aumenta el nmero de oxidacin.

Cu0 (s) Cu2+(ac) + 2 e-

Reduccin: Ganancia de electrones. Disminuye el nmero de oxidacin.

Cu2+(ac) + 2 e- Cu0 (s)5Estado de oxidacin (E.O.) (Tambin nmero de oxidacin). 6Principales estados de oxidacin.Todos los elementos en estado neutro tienen E.O. = 0.El oxgeno (O) en xidos, cidos y sales oxcidos tiene E.O. = 2.El hidrgeno (H) tiene E.O. = 1 en los hidruros metlicos y +1 en el resto de los casos que son la mayora.Los metales formando parte de molculas tienen E.O. positivos.Reglas para la asignacin de nmero de oxidacin.elementos : el numero de oxidacin de un tomo en un elemento es cero.iones monoatmicos: el numero de oxidacin de un tomo en un ion monoatmico es igual a la carga en el ion.oxgeno: el numero de oxidacin del oxigeno es -2 en la mayor parte de sus compuestos.(una excepcin es O en H2O2 y otros perxidos, en donde el numero de oxidacin es -1)hidrgeno: el numero de oxidacin del hidrgeno es +1 en la mayor parte de sus compuestos. (El numero de oxidacin el hidrgeno es -1 en compuestos binarios con un metal, por ejemplo CaH2).halgeno: el numero de oxidacin del fluor es -1 en todos sus compuestos. Cada uno de los otros halgenos (Cl,Br,I) tiene un numero de oxidacin de -1 en compuestos binarios, excepto cuando el otro elemento es otro halgeno arriba de el en la tabla peridico, o el otro elemento es oxigeno.compuestos e iones: la suma de los nmeros de oxidacin en un compuesto es cero . La suma de los nmero de oxidacin de los tomos en un ion politomico es igual a la carga sobre el ion.

Numero de oxidacin de los elementos en sus compuestosConceptos bsicosReductor: Es la sustancia que se oxida. Es una especie que reduce a otra especie. Oxidacin: Prdida de electrones. Aumenta el nmero de oxidacin.

Zn0(s) Zn2+(ac) + 2 e

Reduccin: Ganancia de electrones. Disminuye el nmero de oxidacin.

Zn2+(ac) + 2 e Zn0 (s)

Oxidante: Es la sustancia que se reduce. Es una especie que oxida a otra especie.

Conceptos bsicosConcepto de oxido-reduccinZn (s) + Cu2+(aq) Zn 2+ (aq) + Cu (s)oxidacinreduccinAgente reductor(se esta oxidando)

Agente oxidante(se esta reduciendo)

2 H+ + Zno H2 + Zn2+Zno Zn2+ + 2e- 2 H+ + 2e- H2OxidacinReduccinPar redoxReacciones comunes de oxido-reduccinreacciones de combinacin. Es una reaccin en la cual dos sustancias se combinan para formar una tercera sustancia.

reacciones de descomposicin. Es una reaccin en la cual un solo compuesto reacciona para dar dos o mas sustancias.

reacciones de desplazamiento. Es una reaccin en la cual un elemento reacciona con un compuesto desplazando un compuesto de l.

reacciones de combustin. Es una reaccin en la cual una sustancia reacciona con oxigeno, usualmente con la liberacin rpida de calor para producir una flama.

Reacciones redoxH2 ardiendo en el aire para dar aguaS ardiendo en elaire para dar SO2Al +Br2 Al3BrNa +Cl2 NaCl Mg

H2 ardiendo en el aire para dar aguaS ardiendo en elaire para dar SO2Al +Br2 Al3BrMgReaccion redox de combinacinNa(s) + Cl2 NaCl0 0 +1 -1

Reacciones redoxH2 ardiendo en el aire para dar aguaS ardiendo en elaire para dar SO2Na +Cl NaCl MgReaccion redox de combinacin2Al(s) +3 Br2 2 AlBr3 0 0 +3 -1

Reacciones de descomposicin

Reacciones de desplazamiento de H2

Reacciones de desplazamiento de metalesZn+CuSO4 ZnSO4+ CuZn(s)+Cu2+(ac) Zn 2+(ac)+ Cu(s)Cu+2AgNO3 Cu(NO3)2+ AgCu(s)+2Ag+(ac) Cu2+(ac)+ 2Ag(s)

Serie de actividad de los elementosDesplazan el hidrgeno de los cidosDesplazan el hidrgeno del vaporDesplazan el hidrgeno del agua fraNo reaccionan con los cidos para dar H2

Reacciones redoxH2 ardiendo en el aire para dar aguaS ardiendo en elaire para dar SO2Al +Br2 Al3BrNa +Cl NaCl MgH2 + O2 H2 OH2 2 H+ + 2e- O2 + 2e- O2-Reaccion redox de combustin

Reacciones redoxH2 ardiendo en el aire para dar aguaS ardiendo en elaire para dar SO2Al +Br2 Al3BrNa +Cl NaCl MgS(s) + O2 (g) SO2(g)Reaccion redox de combustin0 0 +4 -2

Reacciones redoxH2 ardiendo en el aire para dar aguaS ardiendo en elaire para dar SO2Al +Br2 Al3BrNa +Cl NaCl MgMgo +N2 Mg3N2 nitruro de magnesioMgo(s) + O2(g) MgO xido de magnesioReaccin redox de combinacin.0 0 +2 -30 0 +2 -224Clculo de estado de oxidacin (E.O.).La suma de los E.O. de una molcula neutra es siempre 0.Ejemplo: Calcular el E.O. del S en ZnSO4E.O.(Zn) = +2; E.O.(O) = 2; +2 + E.O.(S) + 4 (2) = 0 E.O.(S) = +6 Si se trata de un ion monoatmico es igual a su carga.

25Ejemplo: Cu +AgNO3Introducimos un electrodo de cobre en una disolucin de AgNO3, De manera espontnea el cobre se oxidar pasando a la disolucin como Cu2+.Mientras que la Ag+ de la misma se reducir pasando a ser plata metlica: a) Cu Cu2+ + 2e (oxidacin)b) Ag+ + 1e Ag (reduccin).

26Ejemplo: Zn + Pb(NO3)2Al introducir una lmina de cinc en una disolucin de Pb(NO3)2.La lmina de Zn se recubre de una capa de plomo: a) Zn Zn2+ + 2e (oxidacin)b) Pb2+ + 2e Pb (reduccin).

27Ejemplo: Zn + HCl(aq)Al aadir HCl(ac) sobre Zn(s) se produce ZnCl2 y se desprende H2(g) que, al ser un gas inflamable, produce una pequea explosin al acercarle un cerilla encendida.

28Ejemplo: Comprobar que la reaccin de formacin de hierro: Fe2O3 + 3 CO 2 Fe + 3 CO2 es una reaccin redox. Indicar los E.O. de todos los elementos antes y despus de la reaccin Fe2O3 + 3 CO 2 Fe + 3 CO2E.O.: +3 2 +2 2 0 +4 2 Reduccin: El Fe disminuye su E.O. de +3 a 0 luego se reduce (cada tomo de Fe captura 3 electrones).Oxidacin: El C aumenta su E.O. de +2 a +4 luego se oxida (en este caso pasa de compartir 2e con el O a compartir los 4 electrones).BALANCE DE REACCIONES REDOXPara balancear este tipo de reacciones estudiaremos dos mtodos:

Mtodo redox o cambio del nmero de oxidacin.Mtodo de ion electrn. Es necesario recordar lo siguiente:

Los metales al estado libre son mono atmicos, no forman molculas y funcionan con la valencia 0; as: Fe Ca Zn Cu Ni Los no metales gaseosos al estado libre como hidrgeno, oxgeno, nitrgeno, cloro son di atmicos, funcionan con valencia 0: Cl2 O2 H2 N2 Los no metales slidos pueden ser poliatmicos y funcionan con valencia 0: S8 P4Cuando los metales y no metales estn formando compuestos, tienen su propia valencia positiva o negativa ZnO: Zn+2 O-2; FeCl3: Fe+3 Cl3 -1; Al2O3: Al2 +3 O3 -2; CuCl2: Cu+2 Cl2 -1En los cidos y sales es conveniente saber calcular correctamente la valencia con la cual funcionan, por lo que es necesario indicar la forma de calcular sta; as:

Balance de Reacciones Redox1. Se coloca la frmula del cuerpo, por ejemplo H3PO42. Se coloca el valor -2 para el oxgeno y +1para el hidrgeno, stos son 2 valores fijos, lo que se trata es de calcular la valencia positiva con la cual esta funcionando en Fsforo,H3 +1 P O4 -2Se multiplican las valencias por los sub ndices y se suma:+1 * 3 = +3-2 * 4 = -8+3 + (-8) = -5 Se cambia el signo negativo a positivo. Si existiera sub ndices en el Fsforo se divide para el.Entonces significa que el Fsforo est funcionando como pentavalente positivo

EJERCICIOSCalcular la valencia:H2S04 (Valencia del Azufre)H4P2O7 (Valencia del Fsforo)K2Cr2O7 (Valencia del Cromo)KMnO4 (Valencia del Manganeso)MnO2 (Valencia del Manganeso)

Balance de Reacciones RedoxCuando intervienen radicales de cidos, se dar la valencia al metal de acuerdo al radical. Cuando un cido pierde uno o ms hidrgenos se convierte en un radical monovalente, divalente, trivalente, etc; por ejemplo:

Entonces cuando se tenga la frmula Cu(NO3)2, el Cobre est funcionando como divalente positivo, puesto que el radical NO3 es monovalente negativoEn el caso Al2(SO4)3 el Aluminio est funcionando como trivalente, puesto que el radical sulfato vale -2, multiplicado por el sub ndice 3, es igual a -6, cambia de signo a +6, divide para 2 del Aluminio y da como resultado +3 CIDORADICALOBSERVACINHNO3(NO3)-1Radical MonovalenteH2SO4(SO4)-2Radical DivalenteH3PO4(PO4)-3Radical TrivalenteBalance de Reacciones RedoxEn el mtodo REDOX se realizan los siguientes pasos:Paso 1. Asignar el nmero de oxidacin de todos los elementos presentes en la reaccin y reconocer los elementos que se oxidan y reducen.

Nota: Todo elemento libre tiene nmero de oxidacin cero.

Por ejemplo:

Cu0 + H1+N5+O32- Cu2+(N5+O32-)2+H21+O2-+ N2+O2-

MTODO REDOXPaso 2.Escribir las semirreacciones de oxidacin y reduccin con los electrones de intercambio.

Cu0 Cu2+ + 2e-Semi - reaccin de oxidacin N5+ + 3e- N2+Semi - reaccin de reduccin

Paso 3.Balancear el nmero de tomos en ambos lados de las semirreacciones. En este caso estn balanceados:

3[Cu0Cu2+ + 2e-]2[N5++ 3e-N2+]3Cu03Cu2+ + 6e-] 2N5++ 6e-2N2+Paso 4. Igualar el nmero de electrones ganados y cedidos:Nota: El nmero de electrones ganados debe ser igual al nmero de electrones cedidos. MTODO REDOXPaso 5.Colocar los coeficientes encontrados en la ecuacin original donde se verific el cambio del nmero de oxidacin:

Cu0 + HNO3 3Cu(NO3)2 + H2O +2NOPaso 6.Completar el balanceo ajustando el nmero de tomos en ambos lados de la reaccin: 3Cu0 +8HNO3 3Cu(NO3)2 +4H2O + 2NO

MTODO REDOXEJERCICIOSBalancear por el mtodo redox las siguientes reacciones:

a)Fe2O3+ CO CO2 + Feb) HNO3 + Sn0 SnO2 + NO + H2Oc)Na2S2O3+ H2O2 Na2SO4 + H2SO4 + H2Od) FeS2+ O2 Fe2O3 + SO2e) NH3 + Cu0 N2 + Cu + H2O

MTODO IN ELECTRN

Balancear la reaccin qumica siguiente:CaC2O4+ KMnO4+H2SO4 CaSO4+ MnSO4+ K2SO4+ CO2+ H2OPaso1. Los compuestos inicos se separan en sus iones componentes, sealando con toda claridad sus cargas correspondientes. Los xidos y los compuestos covalentes no se separan en iones.

Ca2++ (C204)2-+ K1++ (MnO4)1-+ H++ (SO4)2- Ca2++ (SO4)2-+ Mn2++ (SO4)2-+K1++ (SO4)2-+ CO2+ H2O Mtodo In-Electrn

Mtodo In-Electrn

Mtodo In-Electrn

Mtodo In-Electrn

Mtodo In-Electrn

Mtodo In-Electrn45Tipos de reacciones redox (segn su espontaneidad).Reacciones espontneas (se produce energa elctrica a partir de la energa liberada en una reaccin qumica):Pilas voltaicasReacciones no espontneas (se producen sustancias qumicas a partir de energa elctrica suministrada): Electrlisis46Pilas voltaicas.Si se introduce una barra de Zn en una disolucin de CuSO4 (Cu2+ + SO4 2) se producir espontneamente la siguiente reaccin:Cu2+ (aq) + Zn (s) Cu (s) + Zn2+ (aq)El Zn se oxida (pierde electrones) y el Cu2+ se reduce (los gana).Si hacemos que las reacciones de oxidacin y reduccin se produzcan en recipientes separados, los electrones circularn (corriente elctrica).47Tipos de electrodos.Se llama as a cada barra metlica sumergida en una disolucin del mismo metal. En una pila hay dos electrodos:nodo: Se lleva a cabo la oxidacin All van los aniones. En el ejemplo anterior sera el electrodo de Zn.Ctodo: Se lleva a cabo la reduccin All van los cationes. En el ejemplo anterior sera el electrodo de Cu.48 Pila Daniell. Consta de dos semiceldasUna con un electrodo de Cu en una disolucin de CuSO4 Otra con un electrodo de Znen una disolucin de ZnSO4.

Ed. ECIR. Qumica 2 Bach.49Estn unidas por un puente salino que evita que se acumulen cargas del mismo signo en cada semi celda. Entre los dos electrodos se genera una diferencia de potencial que se puede medir con un voltmetro.

Pila Daniell 50Pilas comerciales.(Imgenes cedidas por Grupo ANAYA. S.A. Qumica 2 Bachillerato)

Alcalina

De mercurio (botn)

Salina