EQUILIBRIO DE OXIDACION - REDUCCIONanalitic/unidades/redox.pdf · Celdas galvánicas y Potenciales...
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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
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