Electroquimica
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Electroquimica IElectroquimica I
Reacciones de óxido-reducciónReacciones de óxido-reducción
11 de octubre de 2005
Cátedra de Química General e Inorgánica
Dra. Susana Llesuy
![Page 2: Electroquimica](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062709/558ebf051a28ab1d5d8b4628/html5/thumbnails/2.jpg)
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Reacciones de óxido-reducción
Son reacciones químicas en las
cuales comprenden la
transferencias de electrones de una
especie a otra.
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Comportamiento de Ag+(ac) y Zn 2+(ac) en presencia de cobre
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Semicelda electroquímica
Reducción
Oxidación
Oxidación: Pérdida de electrones. aumenta el número de oxidación.
Cu0 (s)→ Cu2+(ac) + 2 e-
Reducción: Ganancia de electrones. Disminuye el número de oxidación.
Cu2+(ac) + 2 e- → Cu0 (s)
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Reacciones de óxido-reducción
Son reacciones químicas en las
cuales las sustancias experimentan
un cambio en el número de
oxidación.
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NÚMERO DE OXIDACIÓN.
Definimos el número de oxidación ( o
estado de oxidación) de un átomo en
una sustancia como la carga actual
del átomo si existe como ion
monoatómico, o una carga hipotética
asignada al átomo en la sustancia
mediante reglas simples.
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Copyright © The McGraw-Hill Companies, Inc. Permission required for reproduction or display.Reglas para la asignación de número de
oxidación.
1. elementos : el numero de oxidación de un átomo en un elemento es cero.2. iones monoatómicos: el numero de oxidación de un átomo en un ion
monoatómico es igual a la carga en el ion.3. oxígeno: el numero de oxidación del oxigeno es -2 en la mayor parte de
sus compuestos.(una excepción es O en H2O2 y otros peróxidos, en donde el numero de oxidación es -1)
4. hidrógeno: el numero de oxidación del hidrógeno es +1 en la mayor parte de sus compuestos. (El numero de oxidación el hidrógeno es -1 en compuestos binarios con un metal, por ejemplo CaH2).
5. halógeno: el numero de oxidación del fluor es -1 en todos sus compuestos. Cada uno de los otros halógenos (Cl,Br,I) tiene un numero de oxidación de -1 en compuestos binarios, excepto cuando el otro elemento es otro halógeno arriba de el en la tabla periódico, o el otro elemento es oxigeno.
6. compuestos e iones: la suma de los números de oxidación en un compuesto es cero . La suma de los número de oxidación de los átomos en un ion poliátomico es igual a la carga sobre el ion.
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Numero de oxidación de los elementos en sus compuestos
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Conceptos básicosConceptos básicos
• Reductor: Es la sustancia que se oxida. Es una especie
que reduce a otra especie.
• Oxidación: Pérdida de electrones.
Aumenta el número de oxidación.
Zn0(s) Zn2+(ac) + 2 e
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Reducción: Ganancia de electrones. Disminuye el número de oxidación.
Zn2+(ac) + 2 e Zn0 (s)
Oxidante: Es la sustancia que se reduce. Es una especie que oxida a otra especie.
ConceptosConceptos básicosbásicos
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Copyright © The McGraw-Hill Companies, Inc. Permission required for reproduction or display.Concepto de oxido-reducciónConcepto de oxido-reducción
Zn (s) + Cu2+(aq) Zn 2+ (aq) + Cu (s)
oxidación
reducción
Agente reductor(se esta oxidando)
Agente oxidante(se esta reduciendo)
![Page 12: Electroquimica](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062709/558ebf051a28ab1d5d8b4628/html5/thumbnails/12.jpg)
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2 H+ + Zno H2 + Zn2+
Zno Zn2+ + 2e-
2 H+ + 2e- H2
Oxidación
Reducción
Par redox
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Conceptos básicosConceptos básicos
• Las reacciones de oxido reduccion son procesos simultáneos.
•Siempre se mantiene el principio de electroneutralidad.
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Reacciones comunes de oxido-reducciónReacciones comunes de oxido-reducción
• reacciones de combinación. Es una reacción en la cual dos sustancias se combinan para formar una tercera sustancia.
• reacciones de descomposición. Es una reacción en la cual un solo compuesto reacciona para dar dos o mas sustancias.
• reacciones de desplazamiento. Es una reacción en la cual un elemento reacciona con un compuesto desplazando un compuesto de él.
• reacciones de combustión. Es una reacción en la cual una sustancia reacciona con oxigeno, usualmente con la liberación rápida de calor para producir una flama.
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Reacciones redox
H2 ardiendo en el aire para dar agua
S ardiendo en el
aire para dar SO2
Al +Br2 Al3BrNa +Cl2 NaCl
Mg
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H2 ardiendo en el aire para dar agua
S ardiendo en el
aire para dar SO2
Al +Br2 Al3Br
Mg
Reaccion redox de combinación
Na(s) + ½ Cl2 NaCl
0 0 +1 -1
![Page 17: Electroquimica](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062709/558ebf051a28ab1d5d8b4628/html5/thumbnails/17.jpg)
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Reacciones redox
H2 ardiendo en el aire para dar agua
S ardiendo en el
aire para dar SO2
Na +Cl NaCl
Mg
Reaccion redox de combinación
2Al(s) +3 Br2 2 AlBr3
0 0 +3 -1
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Reacciones de descomposición
2HgO(s) 2 Hg(l) + O2(g) 2KClO3(s) 2 KCl(s) + O2(g)
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Reacciones de desplazamiento de H2
2Na(s) + H2O(l) 2NaOH(ac) +H2(g) Ca(s) +2H2O(l) Ca(OH)2(s) +H2(g)
![Page 20: Electroquimica](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062709/558ebf051a28ab1d5d8b4628/html5/thumbnails/20.jpg)
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Desplazamiento de halógeno
KBr(ac) 2KBr(ac)+Cl2(g) 2KCl(ac)+Br2(l)
![Page 21: Electroquimica](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062709/558ebf051a28ab1d5d8b4628/html5/thumbnails/21.jpg)
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Reacciones de desplazamiento de metales
Zn+CuSO4 ZnSO4+ Cu
Zn(s)+Cu2+(ac) Zn 2+(ac)+ Cu(s)
Cu+2AgNO3 Cu(NO3)2+ Ag
Cu(s)+2Ag+(ac) Cu2+(ac)+ 2Ag(s)
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Reacciones desplazamiento con ácido clorhídrico
Fe(s)+2H+(ac) Fe2+(ac)+ H2(g) Zn(s)+2H+(ac) Zn2+(ac)+ H2(g)
Mg(s)+2H+(ac) Mg2+(ac)+ H2(g)
![Page 23: Electroquimica](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062709/558ebf051a28ab1d5d8b4628/html5/thumbnails/23.jpg)
Copyright © The McGraw-Hill Companies, Inc. Permission required for reproduction or display.Reacción de desplazamiento
Cu0 → Cu2+(ac) + 2e-
NO3-(ac) + 2H+(ac)+ 2e-→ NO2(g) + H2O
![Page 24: Electroquimica](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062709/558ebf051a28ab1d5d8b4628/html5/thumbnails/24.jpg)
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Serie de actividad de los elementos
Des
pla
zan
el h
idró
gen
o d
e lo
s ác
ido
s
Des
pla
zan
el h
idró
gen
o d
el v
apo
r
Des
pla
zan
el h
idró
gen
o d
el a
gu
a fr
ía
No reaccionan con los ácidos para dar H2
![Page 25: Electroquimica](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062709/558ebf051a28ab1d5d8b4628/html5/thumbnails/25.jpg)
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Reacciones redox
H2 ardiendo en el aire para dar agua
S ardiendo en el
aire para dar SO2
Al +Br2 Al3BrNa +Cl NaCl
Mg
H2 + O2 H2 O
H2 2 H+ + 2e-
O2 + 2e- O2-
Reaccion redox de combustión
![Page 26: Electroquimica](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062709/558ebf051a28ab1d5d8b4628/html5/thumbnails/26.jpg)
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Reacciones redox
H2 ardiendo en el aire para dar agua
S ardiendo en el
aire para dar SO2
Al +Br2 Al3BrNa +Cl NaCl
Mg
S(s) + O2 (g) SO2(g)
Reaccion redox
de combustión
0 0 +4 -2
![Page 27: Electroquimica](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062709/558ebf051a28ab1d5d8b4628/html5/thumbnails/27.jpg)
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Reacciones redox
H2 ardiendo en el aire para dar agua
S ardiendo en el
aire para dar SO2
Al +Br2 Al3BrNa +Cl NaCl
Mg
Mgo +N2 Mg3N2
nitruro de magnesio
Mgo(s) + ½ O2(g) MgO
óxido de magnesio
Reacción redox de combinación.
0 0 +2 -3
0 0 +2 -2
![Page 28: Electroquimica](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062709/558ebf051a28ab1d5d8b4628/html5/thumbnails/28.jpg)
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Energía eléctrica Energía química
ElectroquímicaElectroquímica
Estudia la conversión entre la energía eléctrica y la energía química
Procesos electroquímicos Procesos redox
![Page 29: Electroquimica](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062709/558ebf051a28ab1d5d8b4628/html5/thumbnails/29.jpg)
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Cu2+ + Mgo Cuº + Mg2+
Par redox
![Page 30: Electroquimica](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062709/558ebf051a28ab1d5d8b4628/html5/thumbnails/30.jpg)
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Mgo Mg2+ + 2e-
Cu2+ + 2e- Cuº
Oxidación
Reducción
Par redox
Cu2+ + Mgo Cuº + Mg2+
![Page 31: Electroquimica](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062709/558ebf051a28ab1d5d8b4628/html5/thumbnails/31.jpg)
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Experiencia de John DaniellExperiencia de John Daniell
Zn0 + Cu2+ Zn2+ + Cu0
![Page 32: Electroquimica](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062709/558ebf051a28ab1d5d8b4628/html5/thumbnails/32.jpg)
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Una pila es un dispositivo donde se utiliza una reacción química espontánea para generar corriente eléctrica.
Pilas galvánicas o voltaicasPilas galvánicas o voltaicas
Está formada por dos electrodos, que son conductores metálicos que hacen contacto eléctrico con el contenido de la pila y un electrolito que actúa como conductor de iones.
Celda electroquímica:
![Page 33: Electroquimica](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062709/558ebf051a28ab1d5d8b4628/html5/thumbnails/33.jpg)
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Zn(ánodo)
Cu(cátodo)
CuZn
Puente salino
![Page 34: Electroquimica](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062709/558ebf051a28ab1d5d8b4628/html5/thumbnails/34.jpg)
Copyright © The McGraw-Hill Companies, Inc. Permission required for reproduction or display.Reacciones de Zn y Cu
![Page 35: Electroquimica](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062709/558ebf051a28ab1d5d8b4628/html5/thumbnails/35.jpg)
Copyright © The McGraw-Hill Companies, Inc. Permission required for reproduction or display. Reacciones de Zn y Cu
ánodo cátodo
Puente salino
voltímetro
algodón
soluciónsolución
Reacción neta
es oxidado
a en el ánodoes reducido
a en el cátodo
![Page 36: Electroquimica](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062709/558ebf051a28ab1d5d8b4628/html5/thumbnails/36.jpg)
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Electrodo de referenciaElectrodo de referencia
Es el electrodo de hidrógeno en condiciones
estándar
[ H+ ] = 1 M Sobre un conductor
H2 a 1 atm sólido inerte (Platino)
Se le asigna Eº = 0 V
2 H+ (aq) + 2 e- H2 (g)
![Page 37: Electroquimica](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062709/558ebf051a28ab1d5d8b4628/html5/thumbnails/37.jpg)
Copyright © The McGraw-Hill Companies, Inc. Permission required for reproduction or display.Electrodo de hidrógeno operando en condiciones estándarElectrodo de hidrógeno operando en condiciones estándarElectrodo de hidrógeno operando en condiciones estándarElectrodo de hidrógeno operando en condiciones estándar
Pt, hilo
Tubo de vidrio que contiene H2(g)
electrodo
Burbujas de H2(g)
![Page 38: Electroquimica](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062709/558ebf051a28ab1d5d8b4628/html5/thumbnails/38.jpg)
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Voltímetro Voltímetro
Zn(s) Zn2+(ac,1M) + 2e
2H+(ac, 1M) + 2e H2(g, 1 atm)
Cu2+(ac, 1M) + 2e Cu(s)
H2(g, 1 atm) 2H+(ac, 1M) + 2e
Celdas que operan en condiciones estándar
![Page 39: Electroquimica](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062709/558ebf051a28ab1d5d8b4628/html5/thumbnails/39.jpg)
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1) Proporciona una superficie en la que pueden disociarse las moléculas de hidrógeno
H2 2 H+ + 2 e -
2) Sirve como conductor eléctrico eléctrico
para el circuito externo.
Porque el electrodo de platino?
![Page 40: Electroquimica](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062709/558ebf051a28ab1d5d8b4628/html5/thumbnails/40.jpg)
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Variación del potencial de reducción en la tabla periódica.
Los valores más negativos Los valores más negativos
se encuentran a la se encuentran a la
izquierda (izquierda (reductores) y los ) y los
positivos a la derecha positivos a la derecha
((oxidantesoxidantes))
![Page 41: Electroquimica](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062709/558ebf051a28ab1d5d8b4628/html5/thumbnails/41.jpg)
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Una pila es un dispositivo donde se utiliza una reacción química espontánea para generar corriente eléctrica.
Pilas galvánicas o voltaicasPilas galvánicas o voltaicas
Está formada por dos electrodos, que son conductores metálicos que hacen contacto eléctrico con el contenido de la pila y un electrolito que actúa como conductor de iones.
Celda electroquímica:
![Page 42: Electroquimica](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062709/558ebf051a28ab1d5d8b4628/html5/thumbnails/42.jpg)
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La reacción de reducción siempre tiene lugar en el cátodo.
La reacción de oxidación siempre tiene lugar en el ánodo.
Por convención:
El cátodo corresponde al polo positivo de la pila.
El ánodo corresponde al polo negativo de la pila.
El puente salino se utiliza para unir los dos compartimentos de los electrodos y completar el circuito eléctrico. El más
utilizado es el KCl.
![Page 43: Electroquimica](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062709/558ebf051a28ab1d5d8b4628/html5/thumbnails/43.jpg)
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Puente salino
Voltímetro
Ánodo Cátodo
Flujo deelectrones
![Page 44: Electroquimica](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062709/558ebf051a28ab1d5d8b4628/html5/thumbnails/44.jpg)
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Diagrama de una pilaDiagrama de una pila
- Zno (s)/ Zn2+(aq) // Cu2+ (aq) / Cuo(s)
+
1M 1M
Zn0 + Cu2+ Zn2+ + Cu0
Zn(s) Zn2+(ac,1M) + 2e
significaCu2+(ac,1M) + 2e Cu(s)
significa
Significa puente salino
cátodoánodo
![Page 45: Electroquimica](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062709/558ebf051a28ab1d5d8b4628/html5/thumbnails/45.jpg)
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¿Cómo determinamos cuál especie ¿Cómo determinamos cuál especie se oxida y cuál se reduce?se oxida y cuál se reduce?
Por medio de la tabla de Por medio de la tabla de potenciales de reducción.potenciales de reducción.
![Page 46: Electroquimica](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062709/558ebf051a28ab1d5d8b4628/html5/thumbnails/46.jpg)
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Potenciales de electrodo estándar de reducción en agua a 25 C
Semireacción de reducción E(V)
Agente oxidante fuerte
Agente reductor débil
Agente reductor fuerte
Agente oxidante débil