Electroquímica - Reacciones de Óxido Reducción - Pilas

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Reacciones de óxido-reducción

Son reacciones químicas en las

cuales comprenden la

transferencias de electrones de una

especie a otra.


Comportamiento de Ag+(ac) y Zn 2+(ac) en presencia de cobre


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)


Reacciones de óxido-reducción

Son reacciones químicas en las

cuales las sustancias experimentan

un cambio en el número de

oxidación.


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.

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.


Numero de oxidación de los elementos en sus compuestos


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


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

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)


2 H+ + Zno H2 + Zn2+

Zno Zn2+ + 2e-

2 H+ + 2e- H2

Oxidación

Reducción

Par redox


Conceptos básicosConceptos básicos

• Las reacciones de oxido reduccion son procesos simultáneos.

•Siempre se mantiene el principio de electroneutralidad.


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.


Reacciones redox

H2 ardiendo en el aire para dar agua

S ardiendo en el

aire para dar SO2

Al +Br2 Al Br 3Na +Cl2 NaCl

Mg



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


Reacciones redox


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


Reacciones de descomposición

2HgO(s) 2 Hg(l) + O2(g) 2KClO3(s) 2 KCl(s) + O2(g)


Reacciones de desplazamiento de H2

2Na(s) + H2O(l) 2NaOH(ac) +H2(g) Ca(s) +2H2O(l) Ca(OH)2(s) +H2(g)


Desplazamiento de halógeno

KBr(ac) 2KBr(ac)+Cl2(g) 2KCl(ac)+Br2(l)


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)


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)

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


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


Reacciones redox


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


Reacciones redox


S ardiendo en el

aire para dar SO2


Mg

S(s) + O2 (g) SO2(g)

Reaccion redox

de combustión

0 0 +4 -2


Reacciones redox


S ardiendo en el

aire para dar SO2


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


Energía eléctrica Energía química

ElectroquímicaElectroquímica

Estudia la conversión entre la energía eléctrica y la energía química

Procesos electroquímicos Procesos redox


Cu2+ + Mgo Cuº + Mg2+

Par redox


Mgo Mg2+ + 2e-

Cu2+ + 2e- Cuº

Oxidación

Reducción

Par redox

Cu2+ + Mgo Cuº + Mg2+


Experiencia de John DaniellExperiencia de John Daniell

Zn0 + Cu2+ Zn2+ + Cu0


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:


Zn(ánodo)

Cu(cátodo)

CuZn

Puente salino

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


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)

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)


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


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?


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))


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:


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.


Puente salino

Voltímetro

Ánodo Cátodo

Flujo deelectrones


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


¿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.


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

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