REACCIONES DE OXIDO-REDUCCINRahalfy TatisLuis ArdilaFabio PalmaJoseph HerreraLuis TrianaRESUMENEn la pasada experiencia se trabaj con sustancias capaces de conducir la energa elctrica (electrolitos), stas eran CuSO4 y ZnSO4 la cuales estaba interconectadas por una cinta empapada de NH4Cl. Se busc determinar cul de estos compuestos se comportaba como ctodo y cual como nodo, es decir, determinar porqu se generaba corriente elctrica. ste valor se evalu con un multmetro. Luego, se form un sistema en serie con el montaje de otros grupos y se evalu el valor de la fuerza electromotriz generada. Se conect un diodo Led de 1.5V a dicho montaje. Posterior a ello, se usaron limones unidos a placas de cobre y zinc y se evalu el voltaje de ese sistemaPalabras claves: nodo, ctodo, oxidacin, reduccin 19 de mayo de 2014

INTRODUCCIN Una reaccin de oxidacin-reduccin o abreviadamente una reaccin redox, es aquella en la cual ocurre una transferencia de electrones. La sustancia que gana electrones se denomina oxidante y la que los cede se llama reductor. Por lo tanto, el oxidante se reduce (le sucede una reduccin) y el reductor se oxida (le acontece una oxidacin). Cuando un metal se corroe, pierde electrones y formas cationes. Por ejemplo, los cidos atacan vigorosamente al calcio para formar iones calcio, (Ca2+)[1] :Ca(s) + 2H+(ac) Ca2+(ac) + H2(g)Cuando un tomo, ion o molcula adquiere una carga ms positiva (es decir, cuando pierde electrones por parte de una sustancia se denomina oxidacin) As, el calcio que no tiene carga neta, se oxida (sufre oxidacin) en la ecuacin anterior y forma Ca2

Se emple el trmino oxidacin porque las primeras reacciones de este tipo que se estudiaron exhaustivamente fueron reacciones con oxgeno. Muchos metales reaccionaron directamente con oxgeno en aire para formar xidos metlicos. En estas reacciones, el metal pierde electrones que el oxgeno capta, y se forma un compuesto inico del ion metlico y el ion oxido. Un gran nmero de reacciones qumicas transcurren con la perdida formal de electrones de un tomo y la ganancia de ellos por otro. La ganancia de electrones recibe el nombre de reduccin y la perdida de electrones oxidacin. El proceso global se denomina oxido-reduccin o reaccione redox. La especie que suministra electrones es el agente reductor (se oxida) y la que los gana es el agente oxidante (especie que se reduce). Estos hechos muestran que las reacciones redox se asemejan al cido-base segn la definicin de Brnsted, pero en lugar de transferirse protones desde un cido a una base, en el caso de la oxido-reduccin se transfieren electrones desde el agente reductor al oxidante [2]

Las reacciones de xido-reduccin que ocurren espontneamente, pueden ser utilizadas para generar energa elctrica. Para ello es necesario que la transferencia de electrones no se realice directamente, es decir, que la oxidacin y la reduccin sucedan en espacios separados. De esta manera, el flujo de electrones desde el agente reductor hacia el agente oxidante, se traduce en una corriente elctrica, que se denomina corriente galvnica, en honor a Luigi Galvani (1737-1798), fsico italiano que estudi estos fenmenos. Las celdas electroqumicas, conocidas tambin como celdas galvnicas o voltaicas, son los dispositivos en los cuales se realiza este proceso. En una celda electroqumica los reactivos se mantienen en compartimentos separados o semiceldas, en las cuales se realizan las semi-reacciones de oxidacin y reduccin separadamente. Una semicelda consta de una barra de metal que funciona como electrodo y que se sumerge en una solucin acuosa compuesta por iones del mismo metal, provenientes de una sal de ste [3]METODOLOGIA EXPERIMENTAL.Parte1:Inicialmente en un vaso de precipitados de 100 mL, se adicion 80 mL de sulfato de cobre (II), (CuSO4, 1 M) y en otro vaso de precipitado del mismo volumen se adicion 80 mL de sulfato de zinc (II), (ZnSO4, 1M). Se le agreg una tira de papel filtro empapada de disolucin de cloruro de amonio (NH4Cl, 0.1 M) y lo colocamos extremo en cada vaso. Introducimos una lmina de cobre en la disolucin de sulfato de cobre y una lmina de zinc en la de sulfato de zinc . A continuacin usando un par de cables caimanes, se conect uno a los extremos de las placas y el otro al multmetro. Se observ la cantidad de voltaje que marcaba este instrumento. Luego, se conect en serie el montaje con el de otro grupo, seguidamente con dos puentes, de igual forma con 3 y 4 puentes, en cada uno se observ el cambio de voltaje. Posteriormente, se conect un diodo LED de 1,5V al montaje con 4 puentes y se observ lo ocurrido.Parte 2:Se conectaron las placas de zn y cu a un limn, luego se conectaron los caimanes con un extremo en cada placa y el otro extremo al multimetro colocado previamente en unidades de voltaje y se procedi a tomar las medidas.

RESULTADOS Y DISCUSINLa oxidacin es la prdida de uno o ms electrones de un tomo, ion o molcula, mientras que la reduccin es ganancia de electrones. La prdida de electrones de alguna especie qumica siempre est acompaada por una ganancia de electrones de otra especie.Una oxidacin de reduccin, comnmente llamada reaccin redox, es la que tiene lugar entre un agente reductor y uno oxidante: Ox1 + Red2 Red1 + Ox2 (I)

Ox1 se reduce a Red1, y Red2 se oxida a Ox2. Ox1 es el agente oxidante y Red2 es el reductor. La tendencia reductora u oxidante de una sustancia depender de su potencial de reduccin. Una sustancia oxidante tender a tomar un electrn o ms, y se reducir a un estado inferior de oxidacin:

Ma+ + ne- M (a-n)+ (II)

Por ejemplo, Fe3+ + e- Fe2+. A la inversa, una sustancia reductora tiende a ceder uno o ms electrones y a oxidarse:

Ma+ M (a-n)+ + ne- (III)Por ejemplo, 2I- I2 + 2e- [4]PRIMERA PARTE (Adicin de 80ml de CuSO4 0.1M en un beaker y adicin de 80mL de ZnSO4 0.1M en otro beaker unidos por una tira recubierta de NH4Cl)A la solucin de CuSO4 se le aadi una pequea placa de cobre y a la solucin de ZnSO4 se le adicion una placa de Zinc. Inicialmente, cuando se intent determinar el voltaje de amabas disoluciones usando el multmetro, ste marc un valor de 0. Los cambios que se producen en el electrodo o la disolucin como consecuencia de este equilibrio son demasiado pequeos para poder ser medidos. Las medidas deben basarse en una combinacin de dos semiclulas (un electrodo sumergido en una disolucin que contiene iones del mismo metal) distintas. [5]Luego, cuando se interconect a ambas soluciones con un puente salino de cloruro de amonio, el multmetro marc un valor del voltios de 1.04:

Imagen1. Valor registrado por el multmetro digital.Este dispositivo experimental es conocido como pila de Daniell, con los electrodos Cu+2/Cu y Zn+2/Zn, unidos mediante un puente salino de cloruro de amonio. El Zinc se oxida de Zn a Zn2+ y el cobre se reduce de Cu2+ a Cu. El zinc acta como nodo y el cobre acta como ctodo. Las reacciones que ocurren son las siguientes:Zn (s) Zn+2 (ac) + 2e-(nodo) Cu+2 (ac) + 2e- Cu(s)(ctodo)El zinc se oxida perdiendo electrones pasando a su estado oxidado, mientras que el cobre se reduce pasando a su forma reducida. Para completar el circuito elctrico, las disoluciones se conectaron mediante un conductor por el que puedan pasar los cationes y aniones desde un compartimiento al otro. [6] Surge una pregunta Cul es en s el trabajo del cloruro de amonio en este experimento? La funcin del puente de cloruro de amonio consisti en compensar las cargas, es decir, del lado del nodo donde hay mayor nmero de cargas positivas un flujo de ionesCl- estabilizara la solucin, al mismo tiempo un flujo de ionesNH4+compensara las cargaspositivas perdidas por la reduccin del lado del ctodo.[7] . Sin embargo determinar experimentalmente quin haca el papel de ctodo y quin de nodo no fue inmediatamente conocido. Para conocer el electrodo en el que se produce la oxidacin, slo hace falta un voltmetro preparado para medir en corriente continua. La aguja se mover en la escala (voltaje positivo si el voltmetro es digital) siempre que el electrodo en que se realiza la oxidacin (-) est conectado al polo negativo del multmetro, y aquel en que se realiza la reduccin (+) al positivo.Para que exista paso de corriente se tuvo que conectar la cua de Zn al polo negativo (por tanto ah se produce una oxidacin) y la de Cu al positivo (ah se produce una reduccin). Si se hace lo contrario, entonces el multmetro registrar un valor negativoAl interconectar la celda montada por nuestro grupo con la del grupo adyacente, el multmetro marc 2.07 V.

Imagen 2. Segundo valor tomado por el multmetro digitalLa lectura del multmetro tiene un significado. Es el voltaje de la clula o diferencia de potencial entre las cuatro semiclulas. La unidad de voltaje de la clula, el voltio (V), es la energa por carga unidad. Se puede considerar que el voltaje o diferencia de potencial es lo que hace moverse los electrones, a mayor voltaje, mayor fuerza impulsora [8]. Luego, al interconectar este sistema con otro grupo el multmetro registr un valor de 3.04:

Imagen 3. Tercer valor registrado al conectarse con dos sistemas msEsto gener que el diodo LED iluminara. La pila contiene una determinada energa que transfiere a los electrones que se mueven por el circuito, y estos a su vez transfieren energa a la bombilla. La bombilla se produce un aumento de temperatura del filamento, lo que hace que emita energa hacia el exterior y se ilumine. [9]

Imagen 4. Emisin de luz del diodo LED al interconectar tres sistemasSEGUNDA PARTE: Placas de Zinc y cobre conectadas a un limn

Imagen 5. Medicin del voltaje de las placas unidas a un limnPara las celdas de limnlas lminas de Zn y Cu corresponden alos electrodosy el cido ctrico del limn acta como electrolito, El sentido de la corriente es el mismo que en todas las pilas; del electrodo de Zn salen electrones por el circuito externo hasta el electrodo de Cu. El zinc pierdeelectrones como muestra la siguientereaccin:Zn2+(aq) + 2e Zn(s) (nodo)El cobre recibe loselectronesque pierde el Zinc como se muestra en la siguiente reaccin:Cu2+(aq) + 2e Cu(s) (ctodo)Al realizar el experimento con un slo limn se obtuvo un potencial elctrico de 0,97v el cual es demasiado pequeo y la energa obtenida es muy baja para encender un LED. Posteriormente se realizo un montaje en serie con tres limones, En el que se utilizo un LED blanco que requiere de 1.5 voltios, dicho montaje forma una batera con varias pilas unidas entre si. De tal forma que el zn es el polo positivo y el cu ,Es el polo negativo aclarando que es necesario siempre unir el polo positivo de un limn, con el polo negativo del siguiente. Finalmente el LED se enciende al fluir la corriente del circuito en serie, al mismo tiempo esta corriente continua hasta que el Zn se consume por completo o el acido se inutiliza.PREGUNTAS 1. Escribe las reacciones parciales de los electrodos y la polaridad de los mismos.

Electrodo de Cu (ctodo). (Reduccin)Cu2+ +2e- Cu

Electrodo de Zn (nodo). (Oxidacin)Zn Zn2+ +2e-

2. En qu direccin se mueven los iones en el puente salino?

El catin NH4+ se mover en direccin hacia el ctodo y el anin Cl- se dirige hacia el nodo; gracias a este efecto es que esta celda puede funcionar debido a que impide la acumulacin de cargas positivas en el comportamiento del nodo (por la oxidacin del zinc) y cargas negativas en el ctodo (por la reduccin a cobre solido).

3. Que elementos actan como agentes reductores en los experimentos realizados.En el experimento realizado el zinc acta como un agente reductor debido a que es el compuesto que dona electrones en una reaccin de xido-reduccin; por esta razn es el nodo.4. A qu se le llama potencial de una pila?Se le lama potencial de una pila al potencial necesario que esta puede tener para realizar una electrolisis o el clculo del potencial terico que puede obtenerse de una pila galvnica.

5. Investiga la diferencia entre galvanoplastia, galvanostegia y galvanizacin. Lagalvanoplastia es elproceso basadoenel trasladode iones metlicos desde un nodo a un ctodo en un medio lquido, compuesto fundamentalmente por sales metlicas y ligeramente aciduladas.Galvanizado es el proceso electroqumico por el cual se puede cubrir un metal con otro. La diferencia radica en que la galvanizacin consiste en el recubrimiento de un metal sobre otro por medio de la corriente elctrica y en la galvanoplastia se realiza esta proteccin por depsito electroltico de un metal sobre un cuerpo slido y la galvanostegia se realiza por depsito electroltico de un metal sobre otro metal6. Se construye una pila con los electrodos Cu+2/Cu y Al+3/Al, unidos mediante un puente salino de cloruro de amonio. Escribe las reacciones parciales en los electrodos. Haz un esquema de la pila, indicando todos los elementos necesarios para su funcionamiento. En qu sentido circulan los electrones?, Cules son los agentes oxidantes y reductores?Reacciones:Al Al3+ + 3e- (Oxidacin)

Cu2+ + 2e- Cu (Reduccin)

Lo que se podra analizar en el armado de la pila, es que agente reductor ser el aluminio y el agente oxidante es el cobre. Los electrones circularn desde electrodo del aluminio hasta el del cobre. Se usara un voltmetro, soluciones de Al (ac) y Cu (ac), placas de Al y Cu puente salino hecho con KCl, NH4Cl o KNO3.7. Cmo es que la lmpara se enciende? Puedes explicar a qu se debe que esto suceda?En la bombilla se produce un aumento de temperatura del filamento lo que hace que se emita energa hacia el exterior y se ilumine. Los electrones se mueven por el crculo en un ciclo cerrado lo que hace que siempre hace un mismo nmero de ellos y por ende se conserve la energa. [10]CONCLUSINES:Despus de analizar la pasada experiencia, se pueden llegar a las siguientes conclusiones: Las reacciones de xido-reduccin que ocurren espontneamente en las soluciones, pueden ser utilizadas para generar energa elctrica. Para ello es necesario que la transferencia de electrones no se realice directamente, es decir, que la oxidacin y la reduccin sucedan en espacios separados. De esta manera, el flujo de electrones desde el agente reductor hacia el agente oxidante, se traduce en una corriente elctrica La conexin en serie de un circuito genera un aumento en el voltaje; esto es debido a que los procesos de xido-reduccin se llevan a cabo cada vez con ms frecuencia afectando directamente la medicin de la cantidad de corriente que circula, significando que a mayor cantidad de puentes salinos se generara proporcionalmente un aumento de voltaje. Los electrodos de cada semicelda, se comunican a travs de un circuito elctrico externo, por el que viajan los electrones desde el agente reductor hasta el agente oxidante La prdida de electrones (oxidacin) tiene lugar en el nodo y la ganancia de electrones (reduccin) en el ctodo Los ctricos, como los limones, son excelentes conductores de electricidad debido a que contienen fuentes de electrolitos. No producen mucha energa por s mismos, pero si utilizamos varios de ellos creando un circuito en serie, podemos producir suficiente electricidad como para encender una bombilla. Esto crea una batera de varias celdas, lo cual hace a la electricidad producida por el ctrico ms potente y prctica. El flujo de electrones, es electricidad, la electricidad consiste en el movimiento de los electrones. Es esa electricidad la que enciende labombilla.

BIBLIOGRAFA[1]. Ayres Gilbert, Anlisis qumico cuantitativo. ed. harla, Mxico.

[2]. Howard l. Ritter: Introduccin a la qumica. Reverte S.A Espaa.pag 232

[3]. Skoog/West/Holler. Qumica Analtica 6ta Edicin. Editorial: Mc Graw Hill. Pag:260-262.

[4]. Gary D. Christian, Qumica Analtica, 6th edicin editorial, Mc Graw Hill pp355

[5]. Ralph H. Petrucci, F. Geoffery Herring, Jeffry D. Madura, Carey Bissonnette, Qumica General, 8va edicin, Pearson Educacin S.A. 2011, pag 825.[5] F. Burriel Mart, F. Lucena Conde, S. Arribas Jimeno, J. Hernndez Mndez (2006). Apndice V Reacciones de xido-reduccin.Qumica analtica cualitativa(18 edicin). Thomson. p.175-181

[6] F. Burriel Mart, F. Lucena Conde, S. Arribas Jimeno, J. Hernndez Mndez (2006). Apndice V Reacciones de xido-reduccin.Qumica analtica cualitativa(18 edicin). Thomson. p.175-181

[7] Chang, Raymond. Electroqumica 10 Edicin, editorial McGraw-Hill Interamericana, 2010.p. 837-848.

[8] Ralph H. Petrucci, F. Geoffery Herring, Jeffry D. Madura, Carey Bissonnette, Qumica General, 8va edicin, Pearson Educacin S.A. 2011, pag. 826.

[9] Juan Ignacio Pozo Municio, Juan Ignacio Pozo, Miguel ngel Gmez Crespo. Aprender y ensear ciencia 5ta edicin, Morata, 2006. Pag. 243.[10] Juan Ignacio Municio, J.I. Gmez, Crespo Pozo, Miguel ngel Gmez Crespo Aprender y Ensear Ciencia: Del Conocimiento Cotidiano Al Conocimiento Cientfico Coleccin Pedagoga, Edicin ilustrada, Editorial Morata Series, 1998, pg. 243.