9-Reacciones Oxidacion Reduccion

8/17/2019 9-Reacciones Oxidacion Reduccion

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Química (1S, Grado Biología, G12) UAM 2009/10 9. Reaccione de o!idaci"n#reducci"n

9. Reacciones oxidación-reducción9. Reacciones oxidación-reducción


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ContenidosContenidos

$ %once&'o ico.%once&'o ico.

* +'ado de o!idaci"n o!idaci"n - reducci"n emirreacci"n au'e+'ado de o!idaci"n o!idaci"n - reducci"n emirreacci"n au'ede reaccione redo! aloracione redo!de reaccione redo! aloracione redo!

$ +lec'rouímica.+lec'rouímica.

$ Serie elec'romo'ri emirreaccione - &o'enciale deSerie elec'romo'ri emirreaccione - &o'enciale deelec'rodo.elec'rodo.

$ A&licacione.A&licacione.

$ Reaccione e&on'nea &ila.Reaccione e&on'nea &ila.

$ 3uera elec'romo'ri - energía lire.3uera elec'romo'ri - energía lire.

$ +4ec'o de la concen'raci"n ore el ol'ae +cuaci"n de+4ec'o de la concen'raci"n ore el ol'ae +cuaci"n de5ern'.5ern'.


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Bibliografía recomendadaBibliografía recomendada

$ 6e'rucci Química General , 78 edici"n. R. . 6e'rucci, :. S. ar;ood,3. G. erring, (6ren'ice all, Madrid, 200.>, 21.1, 21.2, 21.


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Conceptos básicosConceptos básicos


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Estado de oxidaciónEstado de oxidación

$ +'ado de o!idaci"n (o n?mero de o!idaci"n) de un 'omo en unamol@cula

* + un n?mero ue e le aigna - ue indica de modo a&ro!imado lae'ruc'ura elec'r"nica de ee 'omo en ea mol@cula

* Regla general de aignaci"n de e'ado de o!idaci"n (e.o.)

$ e imagina la i'uaci"n lími'e (no real) de ue lo elec'rone de un enlace ea-an 'ran4erido com&le'amen'e al 'omo m elec'ronega'io del enlace

$ el e'ado de o!idaci"n de cada 'omo e la carga ue 'iene 'ra e'a o&eraci"nmen'al

* e.o. &oi'io el 'omo &ierde 'o'al o &arcialmen'e elec'rone en la mol@culare&ec'o al 'omo ailado neu'ro

* e.o. nega'io el 'omo gana 'o'al o &arcialmen'e elec'rone en la mol@cula re&ec'oal 'omo ailado neu'ro

[Lectura !etrucci ".#$


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$ Regla ica de aignaci"n de e'ado de o!idaci"n

* o e.o. de lo 'omo en u com&ue'o de de'erminan a&licando laregla iguien'e, en orden, a'a donde ea neceario

1. +l e.o. de un 'omo indiidual in cominar uímicamen'e con o'roelemen'o e 0

2. a uma de lo e.o. de 'odo lo 'omo de una mol@cula neu'ra e 0 lade 'odo lo 'omo de un i"n e la carga del i"n

. +n u com&ue'o, el e.o. del e C1

D. +n u com&ue'o, el e.o. del E e #2

F. +n u com&ue'o inario con me'ale, lo eleme'o del Gru&o 1F (3,

%l, ...) 'ienen e.o. #1, lo del Gru&o 1D (E, S, ...) 'ienen e.o. #2, - lodel Gru&o 1> (5, 6, ...) 'ienen e.o. #


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+em&lo0

O

0

2O

1 7 2

4 K Mn O

+ + − 27

4 Mn O

−+

−

1 1

Na H

+ − 1 2

2 H O

+ − 1 1

2 2 H O

+ −1 2 1

Na O H

+ − +

13

4 N H

+−

+

1 2 1

3 H C F + + −4 1

4C F + −4 1

4C H − + 3 1

2 6C H − + 2 1

2 4C H − + 1 1

2 2C H − +

2 2

Fe O+ − 3 2

2 3 Fe O+ − 8/3 2

3 4 Fe O+ − 2 3

2 3 Fe O Fe O+ + × ÷

25

3 N O

−+

−

1 23 5

4 3 N H N O+ −− +


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%xidación& reducción%xidación& reducción' reacción de oxidación-reducción o redox' reacción de oxidación-reducción o redox

[Lectura !etrucci (.#$

3 2 2 2 0 4 2

2 3 23 2 3 Fe O C O Fe C O+ − + − + −

+ → +

gana elec'rone &ierde elec'rone Fe C - e reduce de C< a 0 - e o!ida de C2 a C=

e el o!idan'e e el reduc'orCO2 3 Fe O

e reduce a e o!ida aCO2 3 Fe O 2CO Fe

1 20 02

( ) ( ) ( ) ( )2 2 s ac ac sCu Ag Cu Ag + +

+ ++ → +

gana elec'rone &ierde elec'rone Ag Cu- e reduce de C1 a 0 - e o!ida de 0 a C2

e el o!idan'e e el reduc'orCu Ag +

e reduce a e o!ida aCu Ag + 2Cu + Ag


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%xidación& reducción%xidación& reducción' reacción de oxidación-reducción o redox' reacción de oxidación-reducción o redox

[Lectura !etrucci (.#$

1 12 1 0 1 1

2 R H NAD R H NAD H

+ +− + − ++ +

+ → + +gana elec'rone &ierde elec'rone NAD R- e reduce de C1 a #1 - e o!ida de #2 a 0

e el o!idan'e e el reduc'or2 RH NAD+

e reduce a e o!ida a2

RH NAD+ R NADH

NAD (coenima de 4unci"n me'a"lica) dinucle"'ido de nico'inamida#adenina

NAD+

4orma o!idada del NAD NADH 4orma reducida del NAD


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*+ustes de reacciones redox*+ustes de reacciones redox

$ M@'odo del i"n#elec'r"nM@'odo del i"n#elec'r"n1.1. ecom&oner lo com&ue'o en uecom&oner lo com&ue'o en u ioneione *lo ue e 4ormarían en*lo ue e 4ormarían en

dioluci"n acuoa#.dioluci"n acuoa#.2.2. Hden'i4icar elemen'o ue camian u n?mero de o!idaci"n - ecriirHden'i4icar elemen'o ue camian u n?mero de o!idaci"n - ecriir

emirreaccioneemirreaccione i"nica de o!idaci"n - de reducci"n.i"nica de o!idaci"n - de reducci"n.


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*+ustes de reacciones redox globales*+ustes de reacciones redox globales

+em&lo+em&lo

4 2 2 2 4 2 4 2 4 2KMnO H O H SO O MnSO K SO H O+ + → + + +

1. 2 2 2 24 2 2 4 2 4 4 2

K +MnO H O 2H +SO O Mn +SO 2K +SO H O+ − + − + − + −+ + → + + +

2C


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*+ustes de reacciones redox globales*+ustes de reacciones redox globales

>. + 24 2 2 2 2

2MnO 5H O 6H 5O 2Mn 8H O− ++ + → + +2 2

4 43SO 3SO

− −

→2K 2K + +→

2 2 2 2

4 2 2 4 2 4 4 22K +2MnO 5H O 6H +3SO 5O 2Mn +2SO 2K +SO 8H O+ − + − + − + −+ + → + + +

D. 4 2 2 2 4 2 4 2 4 22KMnO 5H O 3H SO 5O 2MnSO K SO 8H O+ + → + + +

[Recomendación !etrucci e+emplo (.,$


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aloraciones redoxaloraciones redox

$ e'erminaci"n de la concen'raci"n de un reac'io en una dioluci"ne'erminaci"n de la concen'raci"n de un reac'io en una dioluci"n&or medio de una reacci"n redo! (au'ada)&or medio de una reacci"n redo! (au'ada)

* +l &un'o de euialencia e de'ermina &or un camio ruco camio de+l &un'o de euialencia e de'ermina &or un camio ruco camio decolor, a&arici"n de &reci&i'ado, ...color, a&arici"n de &reci&i'ado, ...

* +em&lo Ialoraci"n redo! de MnE+em&lo Ialoraci"n redo! de MnE==## (&ermangana'o) con SE(&ermangana'o) con SE


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ElectrouímicaElectrouímica


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)emic1lulas electrouímicas)emic1lulas electrouímicas

[Lectura !etrucci /0.0$

2( ) 2 2 sCu Ag Cu Ag + ++ → +

Ag e Ag

+ −+ →

2 2Cu Cu e+ −→ +

K6odemo e&arar la emirreaccione de o!idaci"n - de reducci"nL

o!idaci"nreducci"n

Cu Ag

2Cu + Ag +

3 NO−

3 NO−

0, 2 M 0,1 M

emic@lula emic@lula

elec'rodode

elec'rodode


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C1lulas electrouímicasC1lulas electrouímicas


2( ) 2 2 sCu Ag Cu Ag + ++ → +

Ag e Ag

+ −+ →

2 2Cu Cu e+ −→ +

Un in'rumen'o &ara e&arar la emirreaccione de o!idaci"n - de reducci"n enreci&ien'e di'in'o

o!idaci"n

reducci"n

Cu Ag

2Cu + Ag +

K +

3

NO−&uen'e alino

&o'enci"me'ro

2nodo

(o!idaci"n) → →C'odo

(reducci"n)

3 NO−

3 NO−

2(0, 2 )| M Cu Cu +

0, 2 M 0,1 M

(0, 1 ) | M Ag Ag +||

emic@lula emic@lula

e− e−

nodo c'odo

C0,=22 I

1 í


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2 2( ) ( ) s s Zn Cu Zn Cu+ ++ → +

2 2Cu e Cu+ −

+ → 22 Zn Zn e+ −→ +o!idaci"n

reducci"n

Cu Zn

2Cu + 2 Zn +

K + Cl −

&uen'e alino

&o'enci"me'ro

¬ ¬

2

4SO − 2

4SO −

0, 2 M 0,3 M

emic@lula emic@lula

e−

e−

2 2( ) ( ) s sCu Zn Cu Zn+ ++ → +

#1,097 I

1 í1l l l í i


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Zn Cu

2 Zn + 2Cu +

K +Cl −

&uen'e alino

&o'enci"me'ro

2nodo

(o!idaci"n) → →C'odo

(reducci"n)

2

4SO − 2

4SO −

2(0, 3 )| M Zn Zn +

0,3 M 0, 2 M

2(0, 2 ) | M Cu Cu+||

emic@lula emic@lula

e− e−

2 2( ) ( ) s s Zn Cu Zn Cu+ ++ → +

2 2Cu e Cu+ −+ →2 2 Zn Zn e+ −→ +o!idaci"n

reducci"n

nodo c'odo

C1,097 I

1l l l í iC1l l l t í i


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+em&lo +l aluminio me'lico de&laa al ion inc(HH) de u diolucione acuoaa) +crie la emirreaccione de reducci"n - o!idaci"n - la ecuaci"n gloal.) K%ul e la no'aci"n de la c@lula elec'rouímica en la ue 'iene lugar ea

reacci"nL2 3

( ) ( ) ( ) ( ) s ac ac s Al Zn Al Zn+ ++ → +

2 2 Zn e Zn+ −+ →3

3 Al Al e+ −→ +o!idaci"n

reducci"n 3×

2×

2 32 3 2 3 Al Zn Al Zn+ ++ → +

3 2| || | Al Al Zn Zn+ +

gloal

c@lula elec'rouímica

3 2( ) ( ) ( ) ( )| || | s ac ac s Al Al Zn Zn+ +


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! t i l d l t d! t i l d l t d 3 l i i l43 l i i l4


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!otenciales de electrodo!otenciales de electrodo 3escala internacional43escala internacional4

$ +l ol'ae medido en una c@lula elec'rouímica e la di4erencia de&o'encial en're u elec'rodo, o 4uera elec'romo'ri 3+M.

* Una di4. de &o'encial de 1 I indica ue e realia un 'raao de 1 N &or cada 1 % decarga ue &aa &or el circui'o el@c'rico o ue a- umini'rar una energía de 1 N

&ara ue &ae 1 % de carga (eg?n el conenio de igno)

$ 6odríamo calcular 3+M de c@lula elec'rouímica i&o'@'ica i

conoci@emo lo &o'enciale de u elec'rodo, &or re'a.$ 5o e!i'e una ecala aolu'a de &o'enciale de elec'rodo.

$ Se de4ine una ecala ari'raria de &o'enciale de elec'rodo, &orconenio in'ernacional, &or medio de

1) aignar &o'encial cero a un elec'rodo concre'o, el elec'rodo e'ndar de

idr"geno, -2) elegir el igno de la 3+M de modo ue a ma-or alor del &o'encial ma-or

'endencia a reducire (&oder o!idan'e).

cel mayor menor E E E = −

! t i l d l t d!otenciales de elect odo 3 l i t i l43 l i t i l4


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1) +lec'rodo de re4erencia

electrodo estándar de 5idrógeno 3EE64

2) (igno de lo) 6o'enciale de reducción


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$ Un &o'encial de reducci"n O0 indica una ma-or ca&acidad &arareducire ue el ++

* en el elec'rodo ar una reducci"n - en el ++ una o!idaci"n* cuan'o m &oi'io el &o'encial de reducci"n, ma-or &oder o!idan'e

* cuan'o m arria en la ecala de &o'enciale de reducci"n, ma-or&oder o!idan'e

$ Un &o'encial de reducci"n P0 indica una menor ca&acidad &ara

reducire ue el ++* en el elec'rodo ar una o!idaci"n - en el ++ una reducci"n

* cuan'o m aao en la ecala de &o'enciale de reducci"n, menor &odero!idan'e, o ma-or &oder reduc'or

$ S"lo e 'aulan lo &o'enciale de elec'rodo en condicionee'ndar a 297

* potenciales estándar de electrodo& o de reducción& a /978

!otenciales de reducción a /978!otenciales de reducción a /978


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2(0, 2 )| M Cu Cu +

2 ( ,1 ) (1 )| | g bar M Pt H H +

c'odo (reducci"n)

nodo (o!idaci"n)

0,31cel E V =

2

2 ( ,1 ) (1 ) (0, 2 )| | || | g bar M M Pt H H Cu Cu+ +

2(0, 2 )( | ) 0, 31 M E Cu Cu V + =

!reparación %bseración

Conclusión(no e 'aula)

28 K

Cu

2Cu +→

2

4SO −

0, 2 M

e− e−C0,


28/40


2(0, 2 )| M Cu Cu +

2 ( ,1 ) (1 )| | g bar M Pt H H +

c'odo (reducci"n)

nodo (o!idaci"n)

0,31cel E V =

2

2 ( ,1 ) (1 ) (0, 2 )| | || | g bar M M Pt H H Cu Cu+ +

2(0, 2 )( | ) 0, 31 M E Cu Cu V + =

!reparación %bseración

Conclusión(no e 'aula)

28 K

2(1 )| M Cu Cu +

2 ( ,1 ) (1 )| | g bar M Pt H H +

c'odo (reducci"n)

nodo (o!idaci"n)

2

2 ( ,1 ) (1 ) (1 )| | || | g bar M M Pt H H Cu Cu+ +

0 2

28 ( | ) 0, 340 E Cu Cu V +

=

Conclusión

(S+ ABUA)

28 K

(1 )| M Ag Ag +

2 ( ,1 ) (1 )| | g bar M Pt H H +

c'odo (reducci"n)

nodo (o!idaci"n) 2

( ,1 ) (1 ) (1 )| | || | g bar M M Pt H H Ag Ag + +

0

28 ( | ) 0,800 E Ag Ag V +

=

Conclusión(S+ ABUA)

28 K

0,340cel E V =

0,800cel E V =


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!otenciales estándar de reducción a /978!otenciales estándar de reducción a /978


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p o d

e r

o x i d a n t e

( '

e n d e n c i a

a

r e d u c

i r e )

pode

rreduc

tor

( ' e n

d e n c i a

a

o ! i d a r e )

http://www.uam.es/departamentos/ciencias/quimica/aimp/luis/Docencia/QB/Otro_material/ Potenciales_estandar_reduccion.htm



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| Ag Ag + Ag e Ag + −+ →

0

28 / E V

0,800+2 |Cu Cu+ 2 2Cu e Cu+ −+ → 0,340+

2| H H + 2

22 2 H e H + −+ → 0

2| Zn Zn+ 2 2 Zn e Zn+ −+ → 0,763−

+lec'rodo Semirreacci"n de reducci"n

2 |Cl Cl

−2 2 2Cl e Cl

− −

+ → 1,358+

+. a a'ería de inc#cloro 'iene como reacci"n ne'a n()C%l2(g)→n%l2(ac). K%un'o ale elol'ae o 3+M de la &ila ol'aica e'ndar a 297L

0 1, 358 ( 0, 763 ) 2,121cel E V V V = + − − =

+. Semirreaccione, reacci"n gloal - ol'ae de la &ila e'ndar core#&la'a - core#inc a 297L

Ag e Ag + −+ →2 2Cu Cu e+ −→ + 2

×

22 2Cu Ag Cu Ag + ++ → +0 0,800 0, 340 0, 460cel E V V V = + − =

Red

E!

2

2Cu e Cu

+ −+ →2 2 Zn Zn e+ −→ +

2 2 Zn Cu Zn Cu+ ++ → +0 0, 340 ( 0, 763 ) 1,103cel E V V V = + − − =

Red

E!

http://www.uam.es/departamentos/ciencias/quimica/aimp/luis/Docencia/QB/Otro_material/Potenciales_estandar_reduccion.htmhttp://www.uam.es/departamentos/ciencias/quimica/aimp/luis/Docencia/QB/Otro_material/Potenciales_estandar_reduccion.htmhttp://www.uam.es/departamentos/ciencias/quimica/aimp/luis/Docencia/QB/Otro_material/Potenciales_estandar_reduccion.htmhttp://www.uam.es/departamentos/ciencias/quimica/aimp/luis/Docencia/QB/Otro_material/Potenciales_estandar_reduccion.htmhttp://www.uam.es/departamentos/ciencias/quimica/aimp/luis/Docencia/QB/Otro_material/Potenciales_estandar_reduccion.htmhttp://www.uam.es/departamentos/ciencias/quimica/aimp/luis/Docencia/QB/Otro_material/Potenciales_estandar_reduccion.htmhttp://www.uam.es/departamentos/ciencias/quimica/aimp/luis/Docencia/QB/Otro_material/Potenciales_estandar_reduccion.htmhttp://www.uam.es/departamentos/ciencias/quimica/aimp/luis/Docencia/QB/Otro_material/Potenciales_estandar_reduccion.htmhttp://www.uam.es/departamentos/ciencias/quimica/aimp/luis/Docencia/QB/Otro_material/Potenciales_estandar_reduccion.htmhttp://www.uam.es/departamentos/ciencias/quimica/aimp/luis/Docencia/QB/Otro_material/Potenciales_estandar_reduccion.htmhttp://www.uam.es/departamentos/ciencias/quimica/aimp/luis/Docencia/QB/Otro_material/Potenciales_estandar_reduccion.htmhttp://www.uam.es/departamentos/ciencias/quimica/aimp/luis/Docencia/QB/Otro_material/Potenciales_estandar_reduccion.htmhttp://www.uam.es/departamentos/ciencias/quimica/aimp/luis/Docencia/QB/Otro_material/Potenciales_estandar_reduccion.htm


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Relación ERelación E ll--::;;


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Relación ERelación Ecelcel ::;;

! ""# e el 'raao ue e &uede o'ener de un &roceo a 6 - con'an'e. (%uando la energía in'erna e conier'e en 'raao, e necearioconer'ir &ar'e de ella en calor.)

$ a carga ue circula &or una c@lula elec'rouímica en la ue e

'ran4ieren n mol de e", e$ +l 'raao el@c'rico ue realia una &ila e

$ uego

$ Reacci"n (a 6, c'e) espontánea i e decir, i

n F 1 6485 / F C mol e− =

elec cel # n F E =

cel $ n F E ∆ = − 0 0

cel $ n F E ∆ = −

0$∆ < 0cel E >

Si una reacci"n redo! 'iene E cel $0 en una condicione de concen'racione

- 'em&era'ura dada, e e&on'nea en ea condicione.

Si 'iene E cel %0, la reacci"n inera e e&on'nea en ea condicione.

Relación E


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Relación ERelación E celcel 88ee0 &n e%$ R& K ∆ = −

0 0

cel $ n F E ∆ = −0

&ncel e%nFE R& K − = −

0 &ncel e% R&

E K nF

=

0$∆ e% K

0

cel E

0 &n e%$ R& K ∆ = −

0 0

cel $ nFE ∆ = − 0

&ncel e% R&

E K nF

=


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Efecto de lasEfecto de lasconcentracionesconcentraciones

sobre lossobre los

potencialespotenciales

Ecuación de =ernstEcuación de =ernst


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Ecuación de =ernstEcuación de =ernst

o ol'ae de la c@lula elec'rouímica de la dia&oi'ia 19 - 21 nocoinciden con la di4erencia en're lo &o'enciale de reducci"n e'ndar

(dia&.


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Ecuación de =ernst

o ol'ae de la c@lula elec'rouímica de la dia&oi'ia 19 - 21 nocoinciden con la di4erencia en're lo &o'enciale de reducci"n e'ndar

(dia&.2F) a 297.2

(0, 2 ) (0,1 )| || | M M Cu Cu Ag Ag + + ,28 0,422cel E V = + 0

,28 0,460cel E V = +

2 2(0, 3 ) (0, 2 )| || | M M Zn Zn Cu Cu+ + ,28 1,08cel E V = +

0

,28 1,103

cel E V = +

)a

)b

)a

)b

22 2Cu Ag Cu Ag + ++ → +

2 2 Zn Cu Zn Cu+ ++ → +

2

,28 2

0, 0256 [ ]0, 460 &n

2 [ ]cel

V Cu E V

Ag

+

+= −

2n =

2n =

2

0, 0256 0, 20, 460 &n

2 0,1

V V = −

0, 460 0, 038V V = −

2

,28 2

0, 0256 [ ]1,103 &n

2 [ ]cel

V Zn E V

Cu

+

+= −

0, 0256 0, 31,103 &n

2 0, 2

V V = −

1,103 0,005V V = −

0,422 V =

1,08 V =


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>undamento del p6-metro>undamento del p6-metro


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pp

2( ,1 ) g bar H

Pt

Zn

2 Zn +

2

4SO −

1 M

e− e−

cel E

cel E a b pH = + ×+n cualuier c@lula elec'rouímica en ue C in'erenga en unaemic@lula, el ol'ae aría linealmen'e con el & de dica emic@lula

?so del p6-metro?so del p6-metro


40/40

pp

cel E a b pH = + ×

cel E

pH

04 Calibrado

o diolucionereguladora de & conocido

1 ,1, cel pH E

2 ,2, cel pH E

/4 @edida

,cel problema problema E pH →

1 pH

,1cel E

2 pH

,2cel E

,cel problema E

problema pH

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9-Reacciones Oxidacion Reduccion