Concepto de Oxidacin

Expresado de una manera muy general, diremos que la oxidacin ocurre cuando un tomo inestable pierde un electrn, lo que permite que el tomo forme un compuesto nuevo con otro elemento.

Casco metlico oxidado.

Bsicamente existen dos tipos de reacciones qumicas:1) Aquellas en las cuales reaccionan iones o molculas sin cambio aparente de la estructura electrnica de las partculas, y2) Reacciones en las cuales los iones o tomos experimentan cambios de estructura electrnica.En el segundo tipo de reaccin puede haber transferencia real de electrones de una partcula a otra o la forma en que se compartan los electrones puede modificarse. Este ltimo tipo de reaccin que involucra cambios electrnicos se llamareaccin de oxidacin-reduccin.OxidacinOriginalmente, el trmino oxidacin se asign a la combinacin del oxgeno con otros elementos. Existan muchos ejemplos conocidos de esto. El hierro se enmohece y el carbn arde. En el enmohecimiento, el oxgeno se combina lentamente con el hierro formando xido ferroso (Fe2O3); en la combustin, se combina rpidamente con el carbn para formar CO2. La observacin de estas reacciones origin los trminosoxidacin lenta y "rpida.Sin embargo, los qumicos observaron que otros elementos no metlicos se combinaban con las sustancias de la misma manera que lo hacia el oxgeno con dichas sustancias. El oxgeno, el antimonio y el sodio arden en atmsfera de cloro y el hierro en presencia de flor. Como estas reacciones eran semejantes, los qumicos dieron una definicin de oxidacin ms general. Los reactantes O2o Cl2, eliminaban electrones de cada elemento. Por tanto, laoxidacinse defini como el proceso mediante el cual hay prdida aparente de electrones de un tomo o in.(Ver: PSU: Qumica,Pregunta 02_2005)ReduccinOriginalmente una reaccin de reduccin se limitaba al tipo de reaccin en la cual los xidos se reducan" (se desprendan) de sus xidos. El xido de hierro se "reduca a hierro con monxido de carbono. El xido de cobre (II) poda reducirse a cobre con hidrgeno. En estas reacciones se eliminaba oxgeno y se obtena el elemento libre. El elemento libre puede obtenerse de otras maneras. La inmersin de un clavo de hierro en una solucin de sulfato de cobre (II) causa una reaccin en la cual se produce cobre libre.La semejanza entre las reacciones de oxidacin-reduccin condujo a los qumicos a formular una definicin ms general de reduccin: Lareduccin es un proceso mediante el cual los tomos o iones adquieren electrones.Agentes oxidantes y reductores

Alimentos al vaco, protegidos de la oxidacin

En una reaccin de oxidacin-reduccin hay transferencia de electrones. Todos los electrones intercambiados durante una reaccin deben tomarse en cuenta. Por tanto, parece razonable que la oxidacin y la reduccin ocurran simultneamente en una reaccin: se pierden y se ganan electrones al mismo tiempo. De otro modo, los electrones (electricidad) seran almacenados en los productos. No existe evidencia de tal almacenaje de electrones.La sustancia que en la reaccin suministra electrones es elagente reductor.El agente reductor contiene los tomos que se oxidan (los tomos que pierden electrones). La sustancia que en la reaccin gana electrones es elagente oxidante.Este contiene los tomos que se reducen (los tomos que ganan electrones).Si una sustancia suministra fcilmente electrones se dice que es unagente reductor fuerte.Sin embargo, su forma oxidada normalmente esun agente oxidante dbil.Si una sustancia gana electrones con facilidad, se diceque es unagente oxidantefuerte.Su forma reducida es unagente reductor dbil.Nmero de oxidacinCmo puede determinarse que se ha efectuado una reaccin de oxidacin-reduccin? Esto se logra detectando cualquier desplazamiento electrnico ocurrido durante la reaccin. Para indicar los cambios electrnicos, se utiliza elnmero de oxidacinde los tomos de la reaccin. El nmero de oxidacin es la carga aparente de un tomo cuando se asigna un cierto nmero de electrones a determinados tomos o iones. El cambio de los nmeros de oxidacin durante una reaccin indica la realizacin de una reaccin de oxidacin-reduccin.Por ejemplo, supngase que el hierro, como reactante tiene un nmero de oxidacin de 2+. Si el hierro aparece como producto con un nmero de oxidacin diferente de 2+ por ejemplo, 3+ 0, se ha efectuado una reaccin redox (xido-reduccin).

El nmero de oxidacin se define como: El nmero de electrones que un elemento puede ganar o perder cuando se combina con los tomos de otro elemento.

Este nmero de oxidacin depende en principio de la posicin que tienen los elementos en la tabla peridica y del hecho que presentan los elementos de adquirir la estructura atmica de los gases nobles, es decir el tener ocho electrones en su ltimo nivel de energaUna de las reglas empricas fundamentales de la qumica es que un tomo que contieneochoelectrones en su nivel ms externo es particularmente estable. Esta regla se llamaregla del octeto.Aunque el tomo de helio tiene nicamente dos electrones en su nivel ms externo, tambin es uno de los elementos excepcionalmente estables. Su nivel ms externo tambin es el primer nivel y slo acomoda un par de electrones. Por tanto, su nivel ms externo est completamente lleno. De manera que se considerara que la regla del octeto incluye al helio.Tipos de OxidacinPor lo general, el trmino oxidacin se aplica a procesoscuyas manifestaciones son lentas (oxidacin lenta) y en donde la energa que se produce (siempre energa qumica) no se percibe porque se disipa en el ambiente, por ejemplo, son fenmenos de oxidacin lenta:la respiracin, la corrosin de los metales, la putrefaccin de la madera, etctera.En lasoxidaciones rpidaslos efectos son inmediatos, claramente visibles, generan grandes cantidades de calor y en ellas, debido a la elevacin de la temperatura, se puede producir la llama; a este tipo de reacciones se les llamareacciones de combustin.Como vimos anteriormente, laoxidacines la prdida de electrones experimentada por un elemento o un in en beneficio de otro que se comporta como agente oxidante. Toda prdida de electrones de una sustancia va acompaada por la ganancia de electrones de otro. A este ltimo proceso se le conoce, como tambin ya dijimos, con el nombre dereduccin.Laoxidacines el proceso que origina y conduce a lacorrosin, tendencia que tienen los metales (y en general todos los materiales de la naturaleza) a recuperar su estado original (situacin de mnima energa).La mayora de los metales, y el caso particular del hierro (acero), se encuentran en la naturaleza en forma de xidos, sulfuros y carbonatos:Sulfuro de hierro (piritas), xido de hierro (hematites roja / parda, magnetita), Carbonato de hierro (siderita) apartir de los cuales pueden obtenerse mediante la aportacin de grandes cantidades de energa. Los metales as obtenidos se encuentran en una situacin inestable por lo que progresivamente vuelven a su estado natural.

Oxidacin del hierro.La oxidacin es una reaccin qumica donde un metal o un no metal cede electrones, y por tanto aumenta su estado de oxidacin. La reaccin qumica opuesta a la oxidacin se conoce como reduccin, es decir cuando una especie qumica acepta electrones. Estas dos reacciones siempre se dan juntas, es decir, cuando una sustancia se oxida, siempre es por la accin de otra que se reduce. Una cede electrones y la otra los acepta. Por esta razn, se prefiere el trmino general de reacciones redox. La propia vida es un fenmeno redox. El oxgeno es el mejor oxidante que existe debido a que la molcula es poco reactiva (por su doble enlace) y sin embargo es muy electronegativo, casi como el flor.La sustancia ms oxidante que existe es el catin KrF+ porque fcilmente forma Kr y F+. Entre varias sustancias con el mismo estado de oxidacin; la capacidad oxidante difiere grandemente segn el ligante As el -CF3 tiene una electronegatividad (el C) similar a la del cloro (3,1) mucho mayor que por ejemplo -CBr3, aunque ambos tengan el mismo nmero de oxidacin. Las propiedades del HBrO3 son muy diferentes a la del BrF5 ste ltimo es mucho ms oxidante aunque ambos tengan la misma valencia.Si el elemento est como grupo neutro o estado catinico: KrF2 tiene una EN menor que el KrF+ aunque formalmente tengan el mismo nmero de oxidacin. As el MnF3 el MnF4(-1) y el MnF2(+1) todos con el mismo nmero de oxidacin tienen EN diferentes.Las sustancias oxidantes ms usuales son el permanganato potsico (KMnO4), el dicromato de potasio (K2Cr2O7), el agua oxigenada (H2O2), el cido ntrico (HNO3), los hipohalitos y los halatos (por ejemplo el hipoclorito sdico (NaClO) muy oxidante en medio alcalino y el bromato potsico (KBrO3)). El ozono (O3) es un oxidante muy enrgico:Br(-1) + O3 = BrO3(-1)El nombre de "oxidacin" proviene de que en la mayora de estas reacciones, la transferencia de electrones se da mediante la adquisicin de tomos de oxgeno (cesin de electrones) o viceversa. Sin embargo, la oxidacin y la reduccin puede darse sin que haya intercambio de oxgeno de por medio, por ejemplo, la oxidacin de yoduro de sodio a yodo mediante la reduccin de cloro a cloruro de sodio:2NaI + Cl2 I2 + 2NaClEsta puede desglosarse en sus dos hemireacciones correspondientes:2 I-1 I2 + 2 e-Cl2 + 2 e- 2 Cl-1En estas dos ecuaciones queda explcita la transferencia de electrones. Si se suman las dos ecuaciones anteriores, se obtiene la primera.Tipos de oxidacin Oxidacin lenta La que ocurre casi siempre en los metales a causa del agua o aire, causando su corrosin y prdida de brillo y otras propiedades caractersticas de los metales, desprendiendo cantidades de calor inapreciables; al fundir un metal se acelera la oxidacin, pero el calor proviene principalmente de la fuente que derriti el metal y no del proceso qumico (una excepcin sera el aluminio en la soldadura autgena). Oxidacin rpida La que ocurre durante lo que ya sera la combustin, desprendiendo cantidades apreciables de calor, en forma de fuego, y ocurre principalmente en substancias que contienen carbono e hidrgeno, (Hidrocarburos)CombinacionesCuando el oxgeno se combina con un metal, puede formar o bien xidos bsicos o perxidos, estos xidos se caracterizan por ser de tipo bsicos.Si se combina el oxgeno con un no metal forma xidos cidos tambin llamados anhdridos y caracterizados por ser de tipo cido (actan como cido).EjemploEl hierro puede presentar dos formas oxidadas.Fe2O2 FeOFe2O3ConsecuenciasEn los metales una consecuencia muy importante de la oxidacin es la corrosin, fenmeno de impacto econmico muy negativo.Combinando las reacciones de oxidacin-reduccin (redox) en una celda galvnica se consiguen las pilas electroqumicas(ver pila elctrica). Estas reacciones pueden aprovecharse para evitar fenmenos de corrosin no deseados mediante la tcnica del nodo de sacrificio y para la obtencin de corriente elctrica continua.La oxidacin del hierroEscritopor Quimitube el 13 AprilComosabrs, algunos metales sufren unareaccin de oxidacinexpuestos a la intemperie y formanxidos, es decir, sufren unproceso de corrosin. El caso msconocidopor su impacto econmico y por ser el ms visual, es el delhierro ensultima fase: la formacin deherrumbre,xido frrico,Fe2O3. Aproximadamente un 5% de la produccin de hierro se emplea en reponer el que se ha oxidado. Es decir, de cada 1000 millones, 50! Ah es nada!Sin duda, recordarsel caractersticocolorrojizo de este compuesto:

A ste ya le va tocando un cambio. A gastar!Otros metales,en cambio, sufren esteproceso mucho ms lentamente(como ocurre con el cobre, sobre el que se forma una ptina verdosa, o la plata) o, simplemente, no se corroen y permanecen siempre brillantes, como ocurre con dosmetales preciosos: el oro y el platino (esta capacidad de brillar indefinidamente y de no corrosin es una de lascualidadesque los encarecen).

Cul es el motivo por el cual elhierro se corroe fcilmentey otros metales no? De qu depende? Pues depende, como hemos visto ampliamente en lateora de oxidacin reducciny en losejercicios, de suspotenciales estndar de reduccin.Elpotencial estndar de reduccindel par Fe(2+)/Fees bajo, -0,44V, lo que indica que elhierro metlico tiene tendencia a oxidarseen contacto con elementos que tengan unpotencial estndar de reduccin superiora este valor (puedes consultar latabla de potenciales estndar de reduccin). En cambio, elpotencial estndar de reduccin del par Au(3+)/Aues de 1,31V, lo que indica que el catin es prcticamente un oxidante tan potente como el dicromato potsico (1,33V) o como el cloro gaseoso (1,36V). Por ello, el oro metlico no se deja oxidar as como as. Se ha ganado a pulso la clasificacin de metal precioso gracias a su estupenda configuracin electrnica.Pero el hierro metlico no tiene una configuracin electrnica tan favorable que le permita mantener sus electrones en su sitio contra viento y marea, de forma que, en presencia de agua y oxgeno atmosfricos, se oxida. Lo cierto es que el proceso es bastante complejo y todava existen lagunas, pero, a grandes rasgos, sucede en dos etapas que se detallan a continuacin:ETAPA 1:Oxidacin del hierro metlico a Fe(II), que permanece en disolucin (no en una disolucin propiamente dicha o como acostumbras a ver las disoluciones, sino en la interfase hierro-aire de la superficie del metal. Recordemos que interviene agua de la atmsfera y se crea una especie de pelcula).Lo que sucede en esta etapa es que se da un proceso anlogo al de unapila galvnica. La superficie del hierro funciona como nodo(recuerda que en elnodotiene lugar laoxidacin) y el Fe metlico pasa a Fe(II), segn lasemirreaccin:Fe > Fe2++ 2eUna regin contigua de la superficie del metal funciona comoctodo(recuerda que en elctodosiempre tiene lugar lareduccin), y en l se produce lareduccin del oxgeno atmosfrico a agua, segn lasemirreaccin:1/2 O2 (g)+ 2H+(ac)+ 2e > H2O(l)Lareaccin globales:Fe(s) + 1/2 O2 (g)+2H+(ac)>Fe2+(ac)+ H2O(l)Probablemente te preguntes de dnde salen los protones que intervienen en la semirreaccin de reduccin del oxgeno atmosfrico a agua si, en principio, no tenemos ningn cido. Estos protones proceden de diversos cidos que encontramos en el ambiente, por ejemplo elcido carbnico, H2CO3(el de los refrescos con gas!) que se produce por reaccin entre el dixido de carbono atmosfrico, CO2, y el agua; o bien por elcido sulfricopresente en la atmsfera debido a la lluvia cida (reaccin del trixido de azufre, SO3, con agua, para dar H2SO4) en zonas contaminas con xidos de azufre.Elpotencial de esta pila galvnicase puede calcular con lospotenciales estndar de reduccinde cada una de las dossemirreacciones:Eo= Eo(ctodo) Eo(nodo)= 1,23 (-0,44) = 1,67VUn valor positivo considerablemente alto (recuerda que unvalor positivo de potencial estndar en una pilaimplica una variacin de energa libre de Gibbs negativa, es decir, unareaccin espontnea).ETAPA 2:Oxidacin del hierro (II) a hierro (III)yformacin de xido de hierro (III), Fe2O3(en realidad se forma el compuesto n-hidratado, es decir, precipita con cierta cantidad no homognea de molculas de agua y su frmula se representa como Fe2O3nH2O).El xido de hierro (III)es un compuesto insoluble y precipita en forma deherrumbresobre la superficie del metal. Es estexido de hierro (III)el que conocemos habitualmente comoxido(decimos que el hierro est oxidado) y tiene color rojizo o anaranjado. Aqu tienes un ejemplo, que una imagen vale ms que mil reacciones:

ste cualquier da deja en el suelo a alguien. Quin iba a decir que un da fue una tuerca reluciente? Quin la ha visto y quin la ve!Por tanto, en la segunda etapa el proceso de oxidacin contina segn la ecuacin:2Fe2+(ac)+ 1/2O2 (g)+ 2H2O > Fe2O3(s)+ 4H+(ac)A parte de formarse laherrumbre, en esta segunda etapa se regeneran los protones consumidos en la primera, lo que hace ms fcil que el proceso contine avanzando.Elxido de hierro (III),Fe2O3, se deposita en forma de polvo ocre sobre la superficie del hierro metlico, formando unacapa porosaque no est fuertemente adherida a la superficie metlica (recuerda cmo te manchas los dedos al tocar un hierro oxidado). Por este motivo, el xido formado no detiene elproceso de oxidacin del hierro, queprosiguehasta capas ms profundas. Es natural que suceda esto: el hierro es un metal refinado, es decir, ha sufrido un proceso para obtenerlo como tal. Las menas ms importantes de hierro en lanaturaleza son dexido de hierro (III).Con el tiempo, puede convertirse en herrumbre la totalidad de la pieza de hierro metlico. Naturalmente, si se trata de piezas metlicas que forman parte de estructuras, la estabilidad y la seguridad quedan comprometidas mucho antes de que la pieza se oxide por completo y hay que cambiar mucho hierro al ao, con el consecuente gasto econmico.Sin embargo, como todo tiene una cara y una cruz, lacorrosin del hierrono slo causa perjuicios a laeconoma, aunque se dediquen muchos millones cada ao a reparar losdaosproducidos por lacorrosin. Porque otra forma dereparar la corrosines evitarla antes de que suceda utilizando recubrimientos y productos para evitar la oxidacin del hierro, que representan un volumen de negocio muy grande para las empresas de pintura.

La oxidacin delhierrodevecinadelpicassoen2 BachilleratoEtiquetas:oxidacin,oxidante,redox,reduccin,reductorEsto es debido a una reaccin redox (oxidacin- reduccin), en la que se intercambian electrones entre los reactivos de forma que hacen cambiar sus estados de oxidacin. En toda reaccin redox hay una sustancia que se oxida perdiendo electrones y que es el agente reductor y una sustancia que se reduce ganando electrones y que es el oxidante. Esto es lo que ocurre con los objetos de hierro que se encuentran expuestos a la humedad y el aire. Cuando pasa un tiempo observamos que se ha formado una delgada capa de xido de hierro. Entonces decimos que se ha oxidado.La reaccin global redox sera: 2 Fe + 3 O2 = 2 Fe2O3Aqu los elementos Fe y O2tienen n de oxidacin cero. El hierro se oxida perdiendo electrones y pasando a n de oxidacin +3, mientras que el oxgeno se reduce ganado electrones y pasando a n de oxidacin -2.El hierro se oxidara tambin en una atmsfera de cloro o azufre. La humedad actuara como catalizador de la reaccin, y es por eso que los objetos de hierro se oxidan ms y antes en las zonas costeras que en las zonas del interior.