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QUIMICA INORGANICA

2016 1

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BALANCEO DE REACCIONES QUIMICAS

MEDIANTE EL METODO REDOX

REACCIONES DE OXIDACION Y REDUCCION _________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 

CORROSION DE LOS METALES _________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 

Problemas (balance de ecuaciones oxidacion-reduccion)

1. Determinar los números de oxidación e identificar los elementos

que sufren cambio de éste:

Escribir las semireacciones usando las especies químicas que

existen en solución acuosa, balanceándolas en carga y masa.

-2

4

+6+20

4

2+6+20

OSZn+ Cu >-------OSCu + 

 Zn

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El CuSO4 se encuentra en solución disociado en iones Cu+2 y SO4-2.Lo mismo ocurre con el ZnSO4 obtenido en la reacción.

Los coeficientes obtenidos luego de la suma son llevados a la

ecuación molecular. En este caso los coeficientes son todos unitarios,quedando la ecuación:

CuSO4 + Zn Cu + ZnSO4

Agente oxidante   y agente reductor: el Zn, en la reacción anterior,fue oxidado a Zn +2 por la acción del CuSO4, diciéndose entoncesque esta sal es el agente oxidante. Con idéntico criterio, el Cu+2 fuereducido por el Zn, siendo este último el agente reductor.

Se llama agente oxidante al reactivo que contiene al elemento que sereduce, y agente reductor al reactivo que contiene al elemento que se

oxida.

-

2e+ Zn+ Cu 2e+Zn+Cu

)(oxidación 2 Zn

)(reducción Cu e2 + 

2+o-02+

20

0-2

  e Zn

Cu

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 Nótese que la extensión de la oxidación tiene que ser igual a la

extensión de la reducción; esto es, el número de electrones perdidos

 por el agente reductor debe ser igual al número de electrones ganados

 por el agente oxidante. Matemáticamente se logra multiplicando lasemireacción de oxidación por el número de electrones ganados en la

semireacción de reducción y viceversa.

Por lo tanto la ecuación global será:

2 Ag + Cl2 2 AgCl

Cl  Ag Cl  Ag 

Cl eCl 

Cl 

22 2 

2 2 

)e+ Ag Ag(2 

AgCl Ag+

2

02

-1+0

+1-10

2

0

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A la misma conclusión se arriba mediante el balanceo de cargas:

Es evidente que los protones provienen de un ácido, por ejemplo HCl:

Si el medio de reacción es alcalino   se deben utilizar  OH-   en el balanceo. Consideremos por ejemplo, la reacción entre KMnO4 y elKI.

Cuando se reduce el MnO4- en medio neutro o débilmente alcalino, el producto es MnO2 (s).

+7 +4

MnO4- MnO2

3+

2

3+2+2

72

+

-3+2+

2

+3-2

72

6Fe+H7+Cr 2 Fe 6+Cr +H 14

 oxidación)( e1+ Fe Fe(6 

)(reducción H 7 + Cr  2 e6+ Cr  + 14 

OO

OO H 

KCl2+FeCl6+ H7+ CrCl2 K + 14HCl + 6 3237222   OOCr  FeCl   

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MnO4 - + 3 e - MnO2

En el lado izquierdo de la ecuación existen 4 cargas negativas que

deben ser compensadas por otras tantas en el lado derecho. La especie

química que las provee es el OH- :

MnO4- + 3 e - MnO2 + 4 OH-Los átomos de hidrógeno introducidos en forma de OH- provienen de

H2O

MnO4- + 3 e- + 2 H2O MnO2 + 4 OH-

De este modo, la semireacción de reducción ha quedado balanceada

en carga y masa.

La semireacción de oxidación es:

2 I- I2 + 2 e-La reacción total será:

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La ecuación molecular será:

2 KMnO4 + 4 H2O + 6 KI 2 MnO2 + 8 KOH + 3 I2

Balanceo de racciones redox por el método del ion – electrón

Este método de balanceo de reacciones redox resulta más adecuado

 porque en el proceso se emplean las especies químicas que tienen

existencia real. Por ejemplo. El KMnO4 se compone de los iones K+

y MnO4 1- dos especies que tienen existencia real. En el ejemplo de

 balanceo que se describirá en seguida, el ion MnO4 1- se usa como

tal, ya que en el medio acuoso donde ocurre esta reacción el Mn7+

sólo puede encontrarse como ion permanganato, MnO4 1-.

2

-

2

-

2

-

4

-

2

-

-

22

-

4

I3+ OH8+ MnO2 I6+H4+ MnO2

 )e2+ I I(2 3

)4OH +MnO 2H + e3+ (2

O

O MnO

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1. Reacciones que ocurren en medio ácido

Balancear la reacción química siguiente:

Paso 1. Los compuestos iónicos se separan en sus iones

componentes,   señalando con toda claridad sus cargas

correspondientes. Los óxidos y los compuestos covalentes no se

separan en iones.

Paso 2. Se simplifica la reacción eliminando de ella todas aquellas

especies químicas que no tienen cambios durante el proceso.

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Las especies que permanecen después de esta simplificación son las

que toman parte en el proceso redox. El resultado de este proceso

recibe el nombre de reacción iónica. En ésta, puede advertirse que

aparece el ion H+, lo cual indica   que el proceso redox ocurre enmedio ácido.

Paso 3. Se escriben las semirreacciones de oxidación y dereducción en cualquier orden:

Paso 4. Balance de masa:

a.   Primero se balancean todos los elementos que no sean oxígeno ni

hidrógeno.

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Hay dos átomos de carbono en el primer miembro de la primera

semirreacción y sólo uno en el segundo miembro. Esto se ajusta

mediante el coeficiente adecuado. La segunda semirreacción queda

igual. Sólo hay un átomo de manganeso en ambos miembros.

b.   Ahora se balancea el oxígeno. En medio ácido, el exceso de

oxígeno se balancea con agua en el miembro contrario de la

semirreacción. En la primera semirreacción el oxígeno está balanceado, no así en la segunda. En ésta hay 4 átomos de oxígeno en

el MnO4 1- y, por tanto, se balancea con agua como se indicó:

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Por último se balancea el hidrógeno con iones H+ en el miembro

contrario:

Con esto concluye el proceso de balance de masa. El resultado es:

Paso 5. Balance de carga. Este paso sólo debe realizarse después

del balance de   masa. Nunca antes. Este paso puede efectuarse

utilizando desigualdades , las cuales se resuelven agregando

electrones (e-) para igualar las cargas iónicas:

OXIDACION:

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El resultado del Paso 5 es:

Paso 6. Balance del número de electrones perdidos y ganados. El

número de  electrones perdidos y ganados debe ser el mismo en todo

 proceso redox. Esto se logra multiplicando por el factor adecuado las

semirreacciones redox balanceadas por masa y carga:

Simplificando, se llega a la ecuación iónica:

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Paso 7. Los coeficientes que se obtienen en la ecuación iónica se

trasladan a la   reacción general, pero sólo quedaran balanceadas las

especies que intervinieron en el proceso redox:

Paso 8. Por último se ajustan las especies que permanecieron sin

cambios en el proceso redox:

2. Reacciones que ocurren en medio básico

Balancear la reacción química siguiente:

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Paso 1. Los compuestos iónicos se separan en sus iones

componentes,   señalando con toda claridad sus cargas

correspondientes. Los óxidos y los compuestos covalentes no se

separan en iones. Los elementos tienen carga cero.

Paso 2. Se simplifica la reacción eliminando de ella todas aquellas

especies químicas que no tienen cambios durante el proceso.

Las especies que permanecen después de esta simplificación son las

que toman parte en el proceso redox. El resultado de este procesorecibe el nombre de reacción iónica. En ésta, puede advertirse que

aparece el ion OH  –   , lo cual indica que el proceso redox ocurre en

medio básico.

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d. El hidrógeno se balancea en el miembro contrario por iones

OH-

Paso 5.  Balance de carga. Este paso sólo debe realizarse después del

 balance de masa. Nunca antes. Este paso puede efectuarse utilizando

desigualdades , las cuales se resuelven agregando electrones (e-) para

igualar las cargas iónicas:

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El resultado del Paso 5 es:

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Paso 6.   Balance del número de electrones perdidos y ganados. De

nuevo, el número de electrones perdidos y ganados en el proceso

redox debe ser el mismo. Por tanto, las semirreacciones redox se

multiplican por el factor adecuado para lograr este propósito.

Simplificando, se llega a la ecuación iónica:

Paso 7.   Los coeficientes que se obtienen en la ecuación iónica se

trasladan a la reacción general, pero sólo quedarán balanceadas las

especies que intervinieron en el proceso redox:

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Paso 8.   Por último se ajustan las especies que permanecieron sin

cambios en el proceso redox:

CORROSION DE LOS METALESTIPOS DE CORROSION. ESTIMULANTES E

INHIBIDORES DE CORROSION _________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 

Corrosión.- La corrosión se define como el deterioro de un material

a consecuencia de:

1. Un ataque electroquímico por su entorno.

2. Una reacción química.

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Corrosión química: Se estudian aquellos casos en que el metal

reacciona con un medio no-iónico  (por ejemplo oxidación en aire a

altas temperaturas). Supongamos que exponemos una superficie

metálica limpia a la acción del oxígeno, el metal comenzará areaccionar con el oxígeno formando óxidos. Por ejemplo una pieza

de Fe (metal que presenta más de una valencia) calentada al aire seco,

 por encima de 500ºC se oxida a apreciable velocidad formando una

película con la siguiente estructura:

Se han producido reacciones redox sin la intervención de iones  ensolución y no ha habido corrientes eléctricas recorriendo el metal.

Si el grado de corrosión se expresa como aumento de peso (por el

óxido formado) por unidad de área, se observa que la corrosión se

 propaga en forma lineal con el tiempo.

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Corrosión electroquímica: A temperatura ambiente la forma decorrosión más frecuente y más seria es de índole electroquímica, estetipo de corrosión implica un transporte de electrones a través deun electrolito. En los procesos de corrosión electroquímica circulan,

sobre el material expuesto a corrosión, corrientes eléctricas. Sedemostró que durante la corrosión se cumplen las leyes de Faraday.Las causas más frecuentes de estas corrientes eléctricas son:

i) El contacto de dos materiales diferentes, tal como ocurre con el

hierro   en contacto con el cobre, el aluminio   en contacto con elcobre, el cobre en contacto con el zinc, etc. La unión de dos partes deun mismo metal mediante un material de soldadura (Ej: Fe con Sn-Fe).

ii) Presencia de fases diferentes de una misma aleación. Ej: aceros

inoxidables.iii) Presencia de óxidos conductores de electrones. Por ejemplo óxidode laminación en chapas de Fe.

iv) Diferentes grados de aireación de una pieza metálica.

vi) Corrientes inducidas por circuitos eléctricos mal aislados. Tal es el

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caso de corrientes vagabundas en estructuras metálicas enterradas.

vi) Impurezas, tensiones en el metal, etc.

Reacciones que tienen lugar durante la corr osión 

1) Reacciones anódicas: (en zonas anódicas)

Las reacciones anódicas que interesan son las de disolución del

material afectado, o sea, el pasaje de iones metálicos de la red

metálica al medio corrosivo. Ejemplo:

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Los electrones originan una corriente eléctrica que circula dentro del

metal (conducción metálica).

2) Reacciones catódicas: (en zonas catódicas).

Una de las reacciones catódicas más importantes que se produce enlos procesos de corrosión es la reducción del oxígeno.

Esta reacción ocurre en casi todos los procesos de corrosión en medio

acuoso. Otra reacción catódica importante, en especial en los casos de

corrosión en ácidos o en ausencia de oxígeno es la de desprendimiento

de hidrógeno: pH< 4.3

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El hidrógeno formado en esta reacción puede desprenderse y pasar al

medio ambiente o puede ser absorbido por un metal en proceso de

corrosión. En el segundo caso, el metal puede formar hidruros o

fragilizarse. Otra reacción catódica en zona bastante oxigenada puedeser:

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Sin embargo, la corrosión es un fenómeno mucho más amplio que

afecta a todos los materiales (metales, cerámicas, polímeros, etc.) y

todos los ambientes (medios acuosos, atmosfera, alta temperatura,

etc.).Es un problema industrial importante, pues puede causar accidentes

(ruptura de una pieza) y, además, representa un costo importante, ya

que se calcula que cada pocos segundos se disuelven 5 toneladas de

acero en el mundo, procedentes de unos cuantos nanómetros   o

picometros, invisibles en cada pieza pero que, multiplicados por la

cantidad de acero que existe en el mundo, constituyen una cantidad

importante.

La corrosión es un campo de las ciencias de materiales que invoca a

la vez nociones de química y de física (físico-química).

Por ejemplo un metal muestra una tendencia inherente a reaccionar 

con el medio ambiente (atmósfera, agua, suelo, etc.) retornando a la

forma combinada. El proceso de corrosión es natural y espontáneo.

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Esquema de oxidación del hierro, ejemplo de corrosión del tipo

polarizada

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