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Balanceo de ecuaciones químicas por el método Redox. Consideraciones previas.

Las moléculas reaccionan formando distintos tipos de compuestos. Las

moléculas están formadas por átomos que tienen una energía determinada.

Esa energía depende de cómo estén ordenados los electrones. En la tabla

periódica vemos el resultado de ese orden energético. A la derecha tenemos el

croquis del pueblo de Periodia, en donde hay barrios y personajes dignos de

ser conocidos, a la izquierda vemos con detalle los barrios y los personajes que

en él habitan.

Los átomos al tener el mismo número de protones positivos y electrones

negativos son eléctricamente neutros; es decir tienen carga eléctrica cero.

Como mnemotecnia es conveniente decir que protón se escribe con p de

positivo.

No es lo mismo tener carga eléctrica cero que estabilidad electrónica que

depende del acomodo de los electrones en las órbitas; los gases raros, al tener

su última órbita completa son estables y no reaccionan con ningún elemento.

2

Helio Argón Kriptón

Xenón Radón Si por mantener la estabilidad electrónica -tener completa su última órbita-

ganan electrones, la carga se vuelve negativa. A los iones negativos se les

llama aniones que se escribe con n de negativo, en la siguiente gráfica vemos

a los halógenos a los que es más fácil tomar un electrón para llenar su última

órbita formando aniones que dejar salir 7.

Flúor Cloro Bromo

Iodo Astato Cuando un átomo por mantener la estabilidad electrónica pierde electrones, se

transforma en ión positivo pues ha perdido cargas negativas. A los iones

positivos se les llama cationes. Los metales alcalinos forman cationes con

facilidad pues es más fácil que dejen ir su único electrón a que reciban 7:

Hidrógeno Litio Sodio

Potasio Rubidio

Cesio Francio

A los electrones, como a nosotros; no nos gusta estar solos tristes,

abandonados sin que nadie nos comprenda; por eso emigran de las órbitas

donde hay pocos a las órbitas donde hay muchos. En la siguiente gráfica

vemos cómo el Sodio Na “vive” en un barrio de Periodia; Sodio tiene un sólo

electrón en su última órbita que oye la fiesta que tiene el Cloro en el barrio de

los Halógenos que está más allá de la barranca de Periodia y decide irse. En

ese momento el Sodio se ioniza quedando Na+ y el Cloro también se ioniza

3

quedando Cl- . Por atracción de cargas opuestas su unen mediante enlace

iónico formando el Cloruro de Sodio NaCl

Na Cl

Las moléculas también tienen carga eléctrica cero pues están formadas por

átomos o por iones de carga contraria.

Hay elementos que tienen valencia fija pues tienen todas sus órbitas

completas excepto la última. Si en la última órbita hay un solo electrón su

valencia será +1 y es el caso de los metales alcalinos y el hidrógeno y +2

para los alcalino-térreos.

Hidrógeno Litio Sodio

PotasioRubidio

+2: alcalino-térreos,

Berilio Magnesio Calcio

y -2 para el oxígeno que es el gandaya del barrio de los No-Metales: va a tomar

los electrones que necesita a cualquier costo.

-2 para el oxígeno

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y cero (0) para los gases raros, nobles o inertes que viven en el exclusivo

fraccionamiento residencial de Periodia.

Helio Neón Argón

Kriptón Xenón

Cuando sus órbitas internas están incompletas, así como la última;

hablamos de un elemento de valencia variable. Unos ejemplos de ordenamiento electrónico de átomos de valencia variable

son:

Ión Órbita

K

Órbita

L

Órbita

M

Órbita

N

Órbita

O

Órbita

P

Nombre

Cu+1 2 8 18 1 Cuproso

Cu+2 2 8 17 2 Cúprico

Fe+2 2 8 14 2 Ferroso

Fe+3 2 8 13 3 Férrico

Au+1 2 8 18 32 18 1 Auroso

Au+3 2 8 18 32 16 3 Áurico

Hg+1 2 8 18 32 17 1 Mercuroso

Hg+2 2 8 18 32 16 2 Mercúrico

Mn+1 2 8 13 2 Hipomanganoso

Mn+4 2 8 11 4 Manganoso

Mn+6 2 8 9 6 Mangánico

Mn+7 2 8 8 7 Permangánico

Esto es interesante porque el hierro de la hemoglobina de la sangre es oxidado

por el oxígeno de la respiración y se transforma en ferroso, cuando carga al

5

bióxido de carbono se reduce y actúa como férrico. Los elementos de valencia

variable pueden ser positivos o negativos.

Oxidación-Reducción

Se conoce como oxidación a la pérdida de electrones, es decir aumento en

cargas positivas, que es al mismo tiempo disminución en cargas negativas.

El oxígeno es el principal agente oxidante y toma los electrones de los

metales.

La reducción es la ganancia de electrones produciendo simultáneamente un

incremento en las cargas negativas que es al mismo tiempo una pérdida de

cargas positivas.

Toda oxidación genera una reducción; y toda reducción una oxidación

como dialéctico complemente de contrarios, generando el fenómeno redox.

En toda reacción donde exista un elemento monomolecular y se obtenga de él

un compuesto binario ( de dos moléculas ) o viceversa, además de obtener

protóxido de hidrógeno ( agua ) sucede el fenómeno redox. Podemos

cuantificar el número de cargas negativas y positivas que intercambiaron los

reactivos para formar los reactantes.

En la reacción:

( )⎯⎯→3 3 22Cu+HNO Cu NO +NO+H O

Lo primero que haremos es anotar la valencia de los símbolos empezando por

las valencias fijas que conocemos. Anotaremos cero al elemento

monomolecular porque su carga eléctrica es cero que en este caso es el Cobre

Cu: 0

3Cu+HNO

La molécula de ácido nítrico 3HNO , también es eléctricamente neutra así es

que tenemos 6 cargas negativas del Oxígeno:

+1 6

+1 -2

3-

0Cu+HNO

(-2 de su valencia por el número de subíndice 3 en la fórmula) que deben de

ser neutralizadas por igual número de cargas positivas

6

¿Cuántas cargas positivas necesito para neutralizar 6 negativas si ya cuento

con una positiva del hidrógeno? +1 +5 neutralizan –6.

+6

+

-

+5

36

1 -2HNO

Para los reactantes empezaremos por el nitrato cúprico ( )3 2Cu NO que se ha

formado haciendo lo mismo, recordando que el subíndice 2 del paréntesis me

indica la valencia del Cu y que hay ahora 6 Oxígenos presentes que

multiplicaremos por la valencia –2 del Oxígeno: -2

3+2 -

1

+2

26

- 2

Cu NO⎛ ⎞⎜ ⎟⎝ ⎠

Nos dan 12 cargas negativas repartidas en los 2 oxígenos de los dos nitratos

3NO que deben ser neutralizadas por +2 del Cu; necesito 10+ para el Nitrógeno

para contrarrestar las -12. +2 -2

3+2 +10 12

2

Cu N O−

⎛ ⎞⎜ ⎟⎝ ⎠

que por estar dos veces como nos lo indica el subíndice del paréntesis, cada

nitrógeno tiene valencia 5+ :

+2 -2

3+2 +10

5

122

Cu N O−

+⎛ ⎞⎜ ⎟⎝ ⎠

quedándonos de la siguiente manera: +2 +5 -2

3

2

Cu NO⎛ ⎞⎜ ⎟⎝ ⎠

Al óxido nitroso NO lo conocemos como el gas de la risa por producir ese

efecto a nivel de sistema nervioso central. Al NO óxido nitroso, le hacemos el

mismo cómputo antes que nos haga cosquillas:

Sabemos que el oxidante oxígeno necesita ávidamente dos electrones que

comparte alegremente con el nitrógeno, por eso un oxígeno necesita a un sólo

nitrógeno. +2 -2NO

Al protóxido de hidrógeno mejor conocido como agua calculamos sus valencias

y se computa al final siempre.

7

+1 -2

2-2+2

H O

De tal manera que la ecuación nos queda así: 0 +1+5 -2 +2 +5 -2 +2 -2 +1 -2

3 3 2-2+2

2

Cu+HNO Cu NO +NO+H O⎛ ⎞⎯⎯→ ⎜ ⎟⎝ ⎠

Analizando los cambios que hubo de valencias entre los reactivos y los

reactantes o productos vemos que el Cu aumentó en +2 sus cargas, dado que

entró con cero y salió con +2 +1+5 -2 +5 -2 +2 -2 +1 -2

3 3 2-2+2

2

0 +2+HNO NO +NO+Hu OC Cu⎛ ⎞⎯⎯→ ⎜ ⎟

⎝ ⎠

en tanto que el nitrógeno del óxido nitroso disminuyó en 3 sus cargas ya que

entró +5 en el ácido nítrico 3HNO y salió +2 en el óxido nitroso NO:

0 +1 -2 +2 +5 -2 -2 +1 -2

3 3 2-2+2

2

+5 +2N NCu+H O Cu NO + O+H O⎛ ⎞⎯⎯→ ⎜ ⎟

⎝ ⎠

por tanto disminuyó en 3 sus cargas positivas; o ¿no será aumentó en 3 sus

cargas negativas?; se puede expresar en términos contrarios y también sería

cierto.

Lo que también es verdad es que el Cu se oxidó pues el N se redujo ya que

han intercambiado cargas, por tanto aplicaremos el cambio del Cu (2) en el N y

el cambio del N (3)en Cu como coeficientes en los reactantes ( productos

cruzados ):

( )3 3 22CuCu+HNO NO + O H3 2N + O⎯⎯→

Si salieron 3 cobres Cu en los reactantes, debieron de haber entrado 3 cobres

Cu en los reactivos por la Ley de la Conservación de la Materia y la Energía:

( )3 3 22Cu+HNO Cu NO 2NO H+3 3 + O⎯⎯→

Han salido 6 nitrógenos del Nitrato Cúprico ( )3 2Cu NO y 2 nitrógenos del Óxido

Nitroso 3NO , son 8 nitrógenos en los reactantes, eso quiere decir que debe

haber 8 nitrógenos en los reactivos:

( )3 3 223Cu+ HNO 3Cu NO +2NO8 +H O⎯⎯→

Ahora conviene hacer una tablita de los elementos que entran como productos

que deben de ser igual en número a los que hemos obtenido, recordando que

los coeficientes indica el número de veces que se presenta una molécula:

8

Elementos Reactivos Reactantes

Cu 3 3

H 8 2

N 8 3(2)+2=8

O 8(3)=24 3(3)(2)+2+1=21

Si colocamos un 4 para el agua y contamos Oxígenos nos queda así:

( )3 3 223Cu+8HNO 3Cu NO +2NO+ H O4⎯⎯→

¿Pero de dónde salió el 4?

Recordemos que dijimos que lo último que hacemos es contar al agua. Sin el

oxígeno del agua son 20 oxígenos que salen y 24 que entran. La diferencia

entre ambos da 4 que es el coeficiente para el agua de los reactantes.

Elementos Reactivos Reactantes

Cu 3 3

H 8 2

N 8 3(2)+2=8

O 8(3)=24 3(3)(2)+2+4=24

Si ahora si contamos los hidrógenos vamos ver que están en igual número y la

nuestra ecuación está balanceada.

Elementos Reactivos Reactantes

Cu 3 3

H 8 2(4)=8

N 8 3(2)+2=8

O 8(3)=24 3(3)(2)+2+4=24

9

( )3 3 223Cu+8HNO 3Cu NO +2NO+4H O⎯⎯→

Otro ejemplo puede ser el siguiente:

( )+ + → + +4 4 2 4 4 4 2 4 23FeSO KMnO H SO KHSO +MnSO Fe S0 H O

Escribimos sus valencias en la parte superior: + ⎛ ⎞+ + → + +⎜ ⎟

⎝ ⎠

+2 +6 -2 +1 +7 -2 +1 6 +2 +1+1+6 -2 +2 +6 -2 +3 +6 -2 +1 -2

4 4 2 4 4 4 2 4 2

3

FeSO KMnO H SO KHSO +MnSO Fe S0 H O

Determinamos quien cambió y cuántas veces:

4 4

+2 +3

2

+7 +2

4 4

3

24 4 2SO K O H SO KHSO + SO S0 HFe Fe OMn Mn ⎛ ⎞+ + → + +⎜ ⎟⎝ ⎠

El hierro Fe tuvo un cambio de 1 pero en 2 átomos su cambio es 2

24 4 2 4 4 4 4 2

3

Fe 2Mn Mn 5FeSO K O H SO KHSO + SO S0 H O⎛ ⎞+ + → + +⎜ ⎟⎝ ⎠

Salen 10 hierros Fe en total debieron de haber entrado:

4 4 2 4 4 4 2 4 2

3

FeSO KMnO H SO KHSO +2MnSO 5Fe S0 H O10 ⎛ ⎞+ + → + +⎜ ⎟⎝ ⎠

Salieron 2 manganesos Mn debieron de haber entrado:

4 4 2 4 4 4 2 4 2

3

10FeSO KMnO H SO KHSO +2MnSO 5Fe H2 S0 O⎛ ⎞+ + → + +⎜ ⎟⎝ ⎠

Ahora vemos que han entrado 2 potasios K y debieron de haber salido:

4 4 2 4 4 4 2 4 2

3

10FeSO 2KMnO H SO KHSO +2MnSO 5Fe O2 S0 H⎛ ⎞+ + → + +⎜ ⎟⎝ ⎠

Para encontrar el coeficiente del ácido sulfúrico no lo tomamos en cuenta en el

cómputo y son 10 Azufres que entran y 19 que salen. La diferencia me da 9:

4 4 2 4 4 4 2 4 2

3

10FeSO 2KMnO H SO 2KHSO +29 MnSO 5Fe S0 H O⎛ ⎞+ + → + +⎜ ⎟⎝ ⎠

Para encontrar el coeficiente del agua contamos todos los oxígenos menos el

del agua y son:

1° miembro: 10 O4 +2º4+9º4=40+8+36=84

2° miembro: 204+2O4+5(O4)3=8+8+60=76

84-76=8

4 4 2 4 4 4 2 4 2

3

10FeSO 2KMnO 9H SO 2KHSO +2MnSO 5Fe S0 H8 O⎛ ⎞+ + → + +⎜ ⎟⎝ ⎠

Ejercicios:

10

2 2 7 3 2 2K Cr O HCl KCl+CrCl Cl H O+ → + +

2 2 7 2 2 4SO Cr O +H O H SO Cr+ → +

3 2 3 2 2HNO I HIO NO H O+ → + +

( )2 2 7 2 4 2 4 4 23K Cr O H SO H S KHSO Cr SO H O+ + → + +

4 3 2 4 2FeSO HBrO+HCl FeCl H SO HBr+H O+ → + +