Clase Redox

Click here to load reader

description

Clase REDOX

Transcript of Clase Redox

  • 1

    Vimos que las reacciones cido-base se caracterizan por un proceso de transferencia de H+.

    Las reacciones de oxidacin-reduccin, o reacciones redox, se consideran como reacciones de transferencia de electrones (e-).

    La electroqumica es la rama de la qumica que estudia la transformacin entre la energa elctrica y la

    energa qumica.

    Los procesos electroqumicos son las REACCIONES REDOX (oxidacin-reduccin) en donde la energa liberada por una reaccin espontnea se convierte en electricidad o donde la energa elctrica se aprovecha para inducir una reaccin

    qumica no espontnea.

  • 2

    . En las reacciones REDOX, hay tomos o molculas que se REDUCEN y tomos o molculas se de OXIDAN.

    Que una molcula se REDUZCA significa que gano e-, dicho de otra forma LOS ACEPTO. Por lo tanto, redujo su estado de oxidacin porque se le agregaron ms e- a la capa de valencia!

    Como dijimos antes las reacciones redox se caracterizan por una transferencia de electrones (e-), por lo tanto podemos decir que:

    Que una molcula se OXIDE significa que perdi e-, dicho de otra forma LOS CEDIO. Por lo tanto, aumento su estado de oxidacin porque se le quitaron e- en la capa de valencia!

  • 3

    Ej. la formacin del xido de magnesio (MgO) a partir del Mg y el O2

    2 tomos de Mg ceden o transfieren 4 e- a 2 tomos de O (en el O2). Si vemos este proceso en 2 etapas, tenemos:

    Semirreaccin de OXIDACIN

    Semirreaccin de REDUCCIN

    Cada una de estas etapas se denomina semirreaccin o hemireaccin, y explcitamente muestra los electrones transferidos en la reaccin redox.

    Reaccin global

    Se cancelan los e- a cada lado

    Ganancia de 4 e-

    Prdida de 4 e-

  • 4

  • 5

    El Mg se OXIDA. Por lo tanto acta como AGENTE REDUCTOR porque dona e- al O2 y hace que se REDUZCA.

    El O2 se REDUCE y acta como un AGENTE OXIDANTE porque acepta e- del Mg y hace que ste se OXIDE.

    En las redox, el N de e- que pierde un agente reductor debe ser

    igual al N de e- ganados por un agente oxidante.

    Una oxidacin es una hemirreaccin que implica la PRDIDA de e-.

    Una reduccin es una hemirreaccin que implica la GANANCIA de e-.

    Los agentes oxidantes se reducen y los agentes reductores se oxidan.

    Para las reacciones REDOX:

  • 6

    La solucin azul de CuSO4 (hidratado) se vuelve incolora cuando los iones Cu2+ se reducen

    La solucin incolora de AgNO3 se vuelve azul cuando los iones Cu2+ se oxidan (hidratados)

  • 7

    Lo conveniente para no perder de vista los e- en una reaccin redox, es asignar los N de oxidacin a los

    reactivos y a los productos.

    El estado de oxidacin, significa el N de cargas que tendra un tomo en una molcula (o en un compuesto inico) si los e- fueran transferidos completamente.

    Los elementos que muestran un aumento en el N de oxidacin, se han oxidado.

    Los elementos que se han reducido, muestran una disminucin en el N de oxidacin.

    El Zn0(s) tiene un estado de oxidacin : 0 Se oxida a Zn2+(ac), por lo tanto perdi 2e-

    El Cu2+(ac) tiene un estado de oxidacin : 2+ Se reduce a Cu0, por lo tanto gan 2e-

  • 8

    Aqu el Mg metlico se oxida y los iones H+ se reducen; los iones Cl son espectadores.

    Ejemplo:

  • 9

    Mg0(s) Mg2+(ac) +2e-

    * Perdi e-, es decir se OXIDO.

    Hemireaccin de OXIDACIN

    Es un agente REDUCTOR

    Otra molcula o tomo debe aceptar los e- que perdi, es decir alguien debe

    REDUCIRSE.

    2e- + 2H1+Cl1-(ac) H20(g) + 2Cl1- (ac)

    * Gano e-, es decir se REDUJO.

    Hemireaccin de REDUCCIN

    Es un agente OXIDANTE

    Otra molcula o tomo debe cederle los e- que gano, es decir alguien debi

    OXIDARSE.

  • 10

    Balanceo de las ecuaciones redox

    Mtodo del ion-electrn

    La reaccin global se divide en dos HR: la reaccin de oxidacin y la de reduccin. Estas dos se balancean por separado y luego se suman para obtener la ecuacin global balanceada.

    -Balancear la ec. que representa la oxidacin de los iones Fe2+ a Fe3+ por iones dicromato (Cr2O7 2) en medio cido. Como resultado, los iones Cr2O7 2 se reducen a iones Cr3+. Debemos seguir estos pasos:

    PASO 1: Escribir la reaccin sin balancear, es decir en la forma inica.

    EJEMPLO

    Quien se reduce?

    Quien se oxida?

    Quien pierde e-?

    Quien gana e-?

  • 11

    PASO 2: Identificar quien se REDUCE y quien se OXIDA. De esta forma podemos escribir las HR de oxidacin y de reduccin pudiendo adems reconocer al AGENTE REDUCTOR y al AGENTE OXIDANTE.

    Perdi e-, se OXIDO

    Gan e-, se REDUJO

    El Fe2+ es el AGENTE

    REDUCTOR

    El Cr2O72- es el

    AGENTE OXIDANTE

    PASO 3: Balancear cada HR. A las reacciones que ocurren en medio cido, se les agrega H2O para balancear los tomos de O y se agrega H

    + para balancear los tomos de H.

    HemiReaccin de

    OXIDACIN

    HemiReaccin de

    REDUCCIN

    Ya esta balanceada en tomos de Fe, solo se balancea en carga, agregando un e- que pierde.

    Para la Hemireaccin de oxidacin:

  • 12

    Para la Hemireaccin de reduccin, que en este caso ocurre en medio cido:

    Ya esta balanceada en tomos de Cr. Pero no en tomos de O, entonces se agrega las H2O

    necesarias.

    pero quedo desbalanceada en H, entonces..

    Se agregan los H+ necesarios para balancear los tomos de H.

    pero quedo desbalanceada en carga, entonces..

    Contamos las cargas positivas y negativas y

    agregamos los e- necesarios para balancear.

    14 + 2- 6-

    6-

    6+

    6+

    Balanceado atmica y elctricamente.

  • 13

    PASO 4: Ahora tenemos las dos HR balanceadas atmica y elctricamente. Entonces debemos sumarlas y balancear la ecuacin global.

    HR OX.

    HR RED.

    Las sumamos ..

    Se multiplica por 6

    Ecuacin Neta Global

  • 14

    La ecuacin resultante esta atmica y elctricamente balanceada.

    Ecuacin Neta Global

    En las reacciones en medio bsico los tomos se balancean, como se hizo en el paso 4. Luego, por cada ion H+ debemos agregar un N igual de iones OH en ambos lados de la ecuacin. En el mismo lado de la ecuacin donde aparezcan iones H+ y OH, estos se pueden combinar para dar agua.

    NOTA:

  • 15

    Ejercicio Resuelto:

    Escribir la ecuacin inica balanceada para la oxidacin del ion yoduro (I-) por el ion permanganato (MnO4-) en una disolucin bsica para formar yodo molecular (I2) y xido de manganeso (IV) (MnO2).

    1) Escribo la ecuacin sin balancear:

    2) Planteo las hemireacciones de oxidacin y de reduccin desbalanceadas.

  • 16

    3) Balanceo cada hemireaccin por el nmero y tipo de tomo y adems por carga.

    Ejercicio Resuelto:

    * Balanceo en tomos

    * Balanceo en carga

    Para la Hemireaccin de oxidacin:

    Para la Hemireaccin de reduccin:

    * Balanceo en tomos. Agrego H2O para balancear los O.

    * Balanceo en los tomos de H, agregando H+.

    * Balanceo en carga

  • 17

    4) Sumo las HR balanceadas.

    Ejercicio Resuelto:

    Multiplico por 3 la HR de OX y por 6 la HR de RED.

    Ecuacin Neta Global

    Pero esta balanceada como si ocurriera en medio cido, y el enunciado dice que ocurre en medio bsico.. entonces

  • 18

    5) Balanceo en medio bsico.

    Ejercicio Resuelto:

    Por cada H+ debemos agregar un OH- a ambos lados de la ecuacin:

    H2O

    6I- + 2MnO4- + 8H2O 3I2 + 2 MnO2 + 4 H2O + 8OH

    -

    6) Comprobar si esta atmica y elctricamente balanceada.

  • 19

  • 20

    Celdas galvnicas o voltaicas

    Es un dispositivo experimental para generar electricidad mediante una reaccin redox espontnea.

    OXIDACIN REDUCCIN

    ELECTRODO ELECTRODO

    CELDA DE DANIELL

  • 21

    Celdas galvnicas o voltaicas

    Es un dispositivo experimental para generar electricidad mediante una reaccin redox espontnea.

    OXIDACIN REDUCCIN

    Ocurren simultneamente en recipientes separados, con la transferencia de e- a travs

    de un alambre conductor externo.

    CELDA DE DANIELL Completa el circuito elctrico (circulan Cat+ y los A-), esta relleno de un

    electrolito inerte.

    Alambre conector

  • 22

    El NODO es el electrodo donde se efecta la OXIDACIN.

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

    El alambre de Zn metlico se oxida, pierde e-.

    El CTODO es el electrodo donde se efecta la REDUCCIN.

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

    Los iones de Cu2+ toma los e- que vienen del nodo y se reduce a Cu0 depositndose sobre el electrodo.

    En el ANODO y en el CATODO hay en solucin acuosa ZnSO4 y CuSO4 1M a 25C. En estas condiciones la pila de Daniell funciona y la diferencia de

    potencial medida es de 1.10 V.

    La reaccin neta que ocurre es :

    Zn0(s) +Cu2+(ac) Cu0 (s) + Zn2+ (ac)

  • 23

    El NODO es el electrodo donde se efecta la OXIDACIN.

    El CTODO es el electrodo donde se efecta la REDUCCIN.

    En la celda de Daniell, los cationes (Zn2+, Cu2+ y K+) se mueven hacia el ctodo y los aniones (SO4

    2- y Cl) se dirigen hacia el nodo.

    La corriente elctrica fluye del nodo al ctodo porque existe una diferencia de energa potencial elctrica entre

    los electrodos.

    La diferencia de potencial elctrico entre el nodo y el ctodo se mide en forma experimental con un voltmetro.

    Se denomina POTENCIAL DE LA CELDA, o FEM (E).

  • 24

    Los electrones fluyen desde el nodo (donde ocurre la oxidacin) hacia el ctodo (donde ocurre la reduccin), a travs del alambre externo que esta conectado a un voltmetro.

    Cuando se realiza la medicin no hay flujo de electrones, es decir no hay corriente. Por esto lo que se mide es la diferencia

    de potencial.

    El puente salino contiene la solucin de KCl. Su funcin es cerrar el circuito, ya que se produce una diferencia de cargas entre las soluciones. Por esto mismo, los aniones (SO42-, Cl-) fluyen desde el nodo por el puente salino hacia el ctodo. Por otro lado los cationes (Zn2+, Cu2+ y K+) fluyen desde el ctodo por el puente salino hacia el nodo.

  • 25

    Potenciales estndar de reduccin

    Cuando las concentraciones de ZnSO4 y CuSO4 son 1 M a 25C, el voltaje de la celda es de 1.10 V.

    Pero como se relaciona este voltaje con la ecuacin redox???

    La reaccin global de la celda es la suma de 2 reacciones de hemicelda (HC).

    La fem de la celda es la sustraccion de los potenciales elctricos en los electrodos (Zn y Cu).

    Si conocemos el potencial de uno de los electrodos, el otro se obtiene por sustraccin (de 1.10 V).

  • 26

    Pero es imposible medir el potencial de un solo electrodo!!!!!!

    Si arbitrariamente asignamos el valor de cero a un electrodo particular, este podr determinar los potenciales relativos de otros electrodos.

    El electrodo de hidrogeno sirve de referencia para determinar el potencial de otros electrodos!!

    2. Sirve como conductor elctrico para el circuito externo.

    En una solucin de HCl se burbujea gas H2 a 25C. El electrodo de platino tiene 2 funciones: 1. Proporciona la superficie en que pueden disociarse las molculas de H:

    En condiciones de estado estndar (P(H2)= 1 atm y [HCl]= 1 M, el potencial para la reduccin de H+ a 25C se define exactamente como cero:

  • 27

    Ees el potencial estndar de reduccin, o el voltaje en un electrodo asociado con una hemirreaccin de reduccin cuando todos los solutos son de 1 M y todos los gases estn a 1 atm.

    El potencial estndar de reduccin del electrodo de hidrogeno es cero. El electrodo de hidrogeno se conoce como electrodo estndar de hidrgeno (EEH).

  • 28

    El E es de 0,76 V a 25C. Las reacciones de SC se escriben:

    Reaccin de oxidacin:

    NODO CTODO

    Diagrama de la celda:

    Por convencin, la fem estndar de la celda, Ecelda, que resulta de las contribuciones del nodo y del ctodo, esta dada por:

  • 29

    Aqu tanto Ectodo como Enodo son los potenciales estndar de reduccin de los electrodos. La celda de Zn-EEH la escribimos como:

    donde el subndice H+/H2 representa 2H+ + 2e H2 y el subndice Zn

    2+/Zn representa la reaccin Zn2+ + 2e Zn. Por tanto, el potencial estndar de reduccin del zinc, EZn2+/Zn, es de 0,76 V

  • 30

  • 31

    Puntos a tener en cuenta: 1. Cuanto ms positivo sea el E, mayor ser la tendencia de la sustancia a reducirse. Por ejemplo, el E de la reaccin de HC.

    es el E (+) ms alto. El F2 es el A. oxidante ms fuerte, porque es el que tiene la mayor tendencia a reducirse. En cambio, el Li+

    tiene el valor de E ms (-), es el A. oxidante ms dbil, porque es la especie ms difcil de reducir.

    3. Las reacciones de HC son reversibles. Dependiendo de las condiciones, cualquier electrodo puede actuar como ctodo o como nodo.

  • 4. El cambio en los coeficientes estequiomtricos de una reaccin de HC NO afecta el valor de E porque los potenciales de electrodo son propiedades intensivas. No se modifica por la dimensin de los electrodos o por la cantidad de solucin.

    pero el E NO CAMBIA si la hemirreaccin se multiplica por 2:

    6. El signo de E cambia cuando se invierte la reaccin, pero su magnitud permanece igual.

    Por ejemplo:

    32

  • 33

    Termodinmica de las reacciones redox

    En una celda galvnica, la energa qumica se transforma en energa elctrica para hacer trabajo elctrico. La energa elctrica, es el producto de la fem de la celda (Ecelda) por la carga elctrica total (en coulombs) que pasa a travs de la celda:

    La carga total esta determinada por el nmero de e- que atraviesa la celda, as que tenemos:

    Relacin de Ecelda con algunas cantidades termodinmicas, como G y K?????

    UNIDADES!!

  • La carga elctrica de un mol de e- se denomina constante de Faraday (F):

    Por tanto, la carga total se puede expresar como nF, donde n es el N de moles de e- intercambiados entre el agente oxidante y el reductor en la ecuacin redox. La fem medida (Ecelda) es el voltaje mximo que la celda puede alcanzar.

    34

  • 35

    El cambio en la energa libre (G) representa la cantidad mxima de trabajo til que se puede obtener de una pila:

    Cuando Ecelda es positivo, G es negativo y entonces la reaccin ocurre espontneamente.

  • 36

    En condiciones estndar:

    Existe una relacin entre el Ecelda con la constante de equilibrio (K) para una reaccin redox. Y adems el cambio de la G para una reaccin se relaciona con su constante de equilibrio:

    nF

  • 37

    Cuando T = 298 K, y se sustituyen los valores de R y F:

    Con el G, K o Ecelda, es posible calcular

    cualquiera de las dems

    Relaciones entre G, K y Ecelda

  • 38

    La ecuacin de Nernst

    La relacin entre G y G es: G = G + RT ln Q Puesto que G = nFE y G = nFE, la ecuacin anterior se expresa como:

    Dividiendo la ecuacin entre nF obtenemos

    A 298 K, la ecuacin se expresa como:

    Q es el cociente de la reaccin

    Cuando la celda esta en funcionamiento, si Q aumenta, E disminuye hasta lograr el equilibrio. En el equilibrio no hay transferencia neta de electrones, de modo que E = 0 V y Q = K, donde K es la constante de equilibrio.

  • 39

    La ecuacin de Nernst permite calcular E en funcin de las concentraciones de los reactivos y los productos en una reaccin redox.

    La ecuacin de Nernst para esta celda a 25C se escribe como

    Si el cociente [Zn2+]/[Cu2+] es menor a 1, el ln ([Zn2+]/[Cu2+]) ser un nmero negativo, y el segundo termino del lado derecho de la ecuacin anterior ser positivo. En esta condicin, E es mayor que la fem estndar, E. Si el cociente es mayor a 1, E ser menor que E.

    Por ejemplo:

  • 40

    Resuelvo el seminario 6 completooooooooo!!!!