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REACCIONES DE OXIDACIÓN - REACCIÓN
Objetivos
Observar objetivamente los fenómenos producidos en este tipo de reacciones químicas y sacar las conclusiones en cada caso.
Fundamento Teórico
Materiales:
2 Vasos de Precipitado de 100 ml
Piseta con Agua Destilada
Espátula
Agitador de Vidrio
2 Tubos de Ensayo
Pipeta
Agitador de Vidrio
Reactivos:
Solución de Sulfato de cobre
Lamina de Zinc
Solución de Nitrato de Plata
Lamina de Cobre
Solución de Permanganato de Potasio
Solución de Acido Sulfúrico Concentrado
Fundamento Teórico
Procedimiento
Las reacciones de reducción-oxidación (también conocidas como reacciones redox) son las reacciones de transferencia de electrones. Esta transferencia se produce entre un conjunto de elementos químicos, uno oxidante y uno reductor (una forma reducida y una forma oxidada respectivamente).
Para que exista una reacción redox, en el sistema debe haber un elemento que ceda electrones y otro que los acepte:
El agente reductor es aquel elemento químico que suministra electrones de su estructura química al medio, aumentando su estado de oxidación, es decir; oxidándose.
El agente oxidante es el elemento químico que tiende a captar esos electrones, quedando con un estado de oxidación inferior al que tenía, es decir; reducido.
Cuando un elemento químico reductor cede electrones al medio se convierte en un elemento oxidado, y la relación que guarda con su precursor queda establecida mediante lo que se llama un par redox. Análogamente, se dice que cuando un elemento químico capta electrones del medio se convierte en un elemento reducido, e igualmente forma un par redox con su precursor reducido.
Trozo de metal oxidado
Oxidación
Oxidación del hierro.
La oxidación es una reacción química muy poderosa donde un compuesto cede electrones, y por lo tanto aumenta su estado de oxidación.
Se debe tener en cuenta que en realidad una oxidación o una reducción es un proceso por el cual cambia el estado de oxidación de un compuesto. Este cambio no significa necesariamente un intercambio de electrones. Suponer esto -que es un error común- implica que todos los compuestos formados mediante un proceso redox son iónicos, puesto que es en éstos compuestos donde sí se da un enlace iónico, producto de la transferencia de electrones.
Por ejemplo, en la reacción de formación del cloruro de hidrógeno a partir de los gases dihidrógeno y dicloruro, se da un proceso redox y sin embargo se forma un compuesto covalente.
Estas dos reacciones siempre se dan juntas, es decir, cuando una sustancia se oxida, siempre es por la acción de otra que se reduce. Una cede electrones y la otra los acepta. Por esta razón, se prefiere el término general de reacciones redox.
La propia vida es un fenómeno redox. El oxígeno es el mejor oxidante que existe debido a que la molécula es poco reactiva (por su doble enlace) y sin embargo es muy electronegativo, casi como el flúor.
La sustancia más oxidante que existe es el catión KrF+ porque fácilmente forma Kr y F+. Entre otras, existen el KMnO4, el Cr2O7, el agua oxigenada (H2O2), el ácido nítrico (HNO3), los hipohalitos y los halatos (por ejemplo el hipoclorito sódico (NaClO) muy oxidante en medio alcalino y el bromato potásico (KBrO3)). El ozono (O3) es un oxidante muy enérgico:
Br− + O3 → BrO3−
El nombre de "oxidación" proviene de que en la mayoría de estas reacciones, la transferencia de electrones se da mediante la adquisición de átomos de oxígeno (cesión de electrones) o viceversa. Sin embargo, la oxidación y la reducción puede darse sin que haya intercambio de oxígeno de por medio, por ejemplo, la oxidación de yoduro de sodio a yodo mediante la reducción de cloro a cloruro de sodio:
2 NaI + Cl2 → I2 + 2 NaCl
Esta puede desglosarse en sus dos semirreacciones correspondientes:
2I− → I2 + 2 e−
Cl2 + 2 e− → 2 Cl
Ejemplo
El hierro puede presentar dos formas oxidadas:
Óxido ferroso: FeO. Óxido férrico: Fe2O3
Reducción
En química, reducción es el proceso electroquímico por el cual un átomo o ion gana electrones. Implica la disminución de su estado de oxidación. Este proceso es contrario al de oxidación.
Cuando un ion o un átomo se reduce presenta estas características:
Gana electrones. Actúa como agente oxidante. Es reducido por un agente reductor. Disminuye su estado o número de oxidación.
Ejemplo
El ion hierro (III) puede ser reducido a hierro (II):
Fe3+ + e− → Fe2+
En química orgánica, la disminución de enlaces de átomos de oxígeno a átomos de carbono o el aumento de enlaces de hidrógeno a átomos de carbono se interpreta como una reducción. Por ejemplo:
CH≡CH + H2 → CH2=CH2 (el etino se reduce para dar eteno). CH3–CHO + H2 → CH3–CH2OH (el etanal se reduce a etanol).
Número de oxidación
La cuantificación de un elemento químico puede efectuarse mediante su número de oxidación. Durante el proceso, el número de oxidación del elemento; aumenta. En cambio, durante la reducción, el número de oxidación de la especie que se reduce, disminuye. El número de oxidación es un número entero que representa el número de electrones que un átomo pone en juego cuando forma un enlace determinado.
El número de oxidación:
Aumenta si el átomo pierde electrones (el elemento químico que se oxida), o los comparte con un átomo que tenga tendencia a captarlos.
Disminuye cuando el átomo gana electrones (el elemento químico que se reduce), o los comparte con un átomo que tenga tendencia a cederlos.
Reglas para asignar el número de oxidación
El número de oxidación de todos los elementos sin combinar es cero. Independientemente de la forma en que se representen.
El número de oxidación de las especies iónicas monoatómicas coincide con la carga del ion.
El número de oxidación del hidrógeno combinado es +1, excepto en los hidruros metálicos, donde su número de oxidación es –1 (ej: AlH3, LiH)
El número de oxidación del oxígeno combinado es –2, excepto en los peróxidos, donde su número de oxidación es –1 (ej.:Na2O2, H2O2).
El número de oxidación en los elementos metálicos, cuando están combinados es siempre positivo y numéricamente igual a la carga del ion.
El número de oxidación de los halógenos en los hidrácidos y sus respectivas sales es –1, en cambio el número de oxidación del azufre en su hidrácido y respectivas sales es –2.
El número de oxidación de una molécula es cero. O lo que es lo mismo, la suma de los números de oxidación de los átomos de una molécula neutra es cero.
Balance de ecuaciones
Todo proceso redox requiere del balanceo estequiométrico de los componentes de las semireacciones para la oxidación y reducción.
Para reacciones en medio acuoso, generalmente se añaden iones hidrógeno (H+), hidroxilo (OH−), o moléculas de agua, y electrones para compensar los cambios en los números de oxidación.
Procedimiento
a).- En un vaso de precipitado, eche unos 75 ml de agua destilada y añada una porción de sulfato de cobre, agite bien hasta disolver toda la sal.
_ Colocamos los 75 ml de agua destilada en el vaso de precipitado y añadimos una pequeña porción de Sulfato de Cobre, agitamos
hasta que el Sulfato de Cobre se disuelva en su mayoría y notamos que el agua adquiere un color celeste intenso.
b).- Una vez preparada la solución de Sulfato introduzca la lámina de Zinc debidamente limpia. Deje Transcurrir entre 30 minutos a 40 minutos. Observe escriba las semi-reacciones e iguale por ión-electrón.
_La lamina de zinc apenas al entrar en contacto empieza a tener un proceso de descomposición (Oxidarse) y la lamina de zinc queda en el fondo del vaso de precipitado descomponiéndose.
La Reacción sería:
c).- En un tubo de ensayo debidamente limpio eche 9 ml de agua destilada y 0,5 ml de solución de Nitrato de Plata, introduzca una lámina de cobre debidamente limpia.
Deje reposar por unos 10 a 15min. Observe, escribe las semi-reacciones e iguale por ión-electrón.
_Colocamos los 9ml de agua destilada en un tubo de ensayo como indica la instrucción y 0,5 ml de solución de Nitrato de plata, introducimos las pequeñas laminas de cobre y estás de igual forma que el caso anterior entran en un proceso de Oxidación al ser sumergidas en el tubo de ensayo con Nitrato de Plata y agua destilada correspondientes.
La Reacción sería:
d).-Poner en un tubo de ensayo bien limpio y seco 5cc de solución diluida de Permanganato de Potasio; añada 1 cc. De ácido sulfúrico concentrado e introduzca pequeñas porciones de zinc en granallas. Observe el color y los resultados. Escriba las semi-reacciones e iguala por ión-electrón.
_ Ponemos en el tubo de ensayo que nos queda los 5cc de solución diluida de Permanganato de Sodio y añadimos con supervisión de la profesora el 1cc de Acido Sulfúrico debido a su alta peligrosidad y procedemos a introducir las diminutas porciones de zinc.
El Color Lila del Permanganato de potasio, mezclado con el Acido sulfúrico tienen una reacción Isotérmica que adquiere un gran calor, cuando colocamos los granallas de zinc, reaccionan y producen gases.
La Reacción sería:
Cuestionario
1.-En la 1º reacción, conociendo que las sales azul-verdosas se debe a la presencia del ión-cúprico (Cu ) interpreta a que se debe el cambio de color.
Identifica a la sustancia que se oxida, se reduce, a al agente oxidante y al agente reductor.
2.-En la segunda reacción ¿cómo se llama la sustancia depositada sobre la lámina de cobre? ¿Qué tipo de solución se formo? Identifica a la sustancia que se oxida, se reduce, al agente oxidante y reductor.
3.-En la tercera reacción igualmente identifique todos los cambios producidos, es decir: La sustancia que se oxida, la que se reduce, al agente oxidante y al agente reductor. Iguala por ión-electrón.
4.- ¿Qué es la corrosión? Explique y mencione algunos ejemplos. Se tratará de una reacción oxidación-reducción?
La corrosión es un fenómeno espontáneo que se presenta Prácticamente en todos los materiales procesados por el hombre. Si bien existen varias definiciones, es común describirla corrosión como una oxidación acelerada y continua que desgasta, deteriora y que incluso puede afectar la integridad física de los objetos o estructuras.
La corrosión puede ser mediante una reacción química (oxidorreducción) en la que intervienen tres factores:
la pieza manufacturada el ambiente el agua
O por medio de una reacción electroquímica.
Los factores más conocidos son las alteraciones químicas de los metales a causa del aire, como la herrumbre del hierro y el acero o la formación de pátina verde en el cobre y sus aleaciones (bronce, latón).
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, atmósfera, 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 disuelve 5 toneladas de acero en el mundo, procedentes de unos cuantos nanómetros o picómetros, 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
1.-Para que exista combustión ¿qué es necesario que haya?
_ Oxigeno
2.- ¿Existirá alguna diferencia con la combustión en el aire, y con un ambiente rico en oxígeno? Explique.
_ Sí, porque a mayor oxigeno mayor combustión.
3.- ¿Cuál es el estado físico de los óxidos metálicos? Y de los óxidos no metálicos?
_ En los 2 casos es sólidos tanto en la cinta de magnesio como en el magnesio en polvo como fue demostrado en el experimento.
4.- Investigue las propiedades organolépticas del azufre y sus propiedades químicas del S02.
_Los al tropos (propiedades de algunos elementos de presentarse bajo estructuras moleculares diferentes) del azufre han sido estudiados considerablemente por los grandes químicos, pero hasta ahora las diversas alteraciones en las cuales existen para cada estado (gas, líquido y sólido) del azufre elemental no se han explicado o revelado de manera completa.Las estructuras cristalinas más comunes son:- El azufre rómbico: Es conocido de la misma manera como azufre alfa (azufre). Se halla de la transformación estable del elemento químico por debajo de los 95.5ºC (204ºF, el punto de transición), y la mayor parte de las otras formas se revierten a esta modificación si se las deja permanecer por debajo de esta temperatura. El azufre rómbico posee un color amarillo limón, insoluble en agua, levemente soluble en alcohol etílico, éter dietílico y benceno, y es muy soluble en disulfuro de carbono. Posee una densidad de 2.07 g/cm3 (1.19 oz/in3), una dureza de 2.5 en la escala de Mohs y la fórmula molecular presenta es S8.- El azufre monoclínico: También es llamado azufre prismático o azufre beta (azufre). Viene siendo la modificación estable del elemento por encima de la temperatura de transición mientras que se encuentra por debajo del punto de fusión.- El azufre fundido: Se cristaliza en prismas en forma de agujas que son casi incoloras. Posee una densidad de 1.96 g/cm3 (1.13 oz/in3), un punto de fusión de 119.0ºC (246.7ºF) y la fórmula molecular que ostenta es S8.- El azufre plástico: Denominado también azufre gamma. Se produce cuando el azufre fundido en el punto de ebullición normal o cerca de él, es enfriado al estado sólido. Esta forma es amorfa y es sólo parcialmente soluble en disulfuro de carbono.- El azufre líquido: Posee la propiedad notable de aumentar su viscosidad si sube la temperatura. Su color cambia a negro rojizo oscuro cuando su viscosidad aumenta, y el oscurecimiento del color y la viscosidad logran su máximo a
200ºC (392ºF). Por encima de esta temperatura, el color se aclara y la viscosidad disminuye.- En el punto normal de ebullición del elemento químico (444.60ºC u 832.28ºF) el azufre gaseoso presenta un color amarillo naranja. Cuando la temperatura aumenta, el color se torna rojo profundo y después se aclara, aproximadamente a 650ºC (202ºF), y adquiere un color amarillo paja.El azufre es un elemento activo que se combina verdaderamente con la mayor parte de los elementos químicos conocidos. Puede hallarse tanto en estados de oxidación positivos como negativos, y puede constituir compuestos iónicos así como covalentes y covalentes coordinados. Sus funciones se limitan principalmente a la producción de compuestos de azufre. Sin embargo, grandes cantidades de azufre elemental se utilizan en la vulcanización del caucho, en atomizadores con azufre para combatir parásitos de las plantas, en la manufactura de fertilizantes artificiales y en ciertos tipos de cementos y aislantes eléctricos, en algunos ungüentos y medicinas y en la manufactura de pólvora y fósforos. Los compuestos de azufre se emplean en la manufactura de productos químicos, textiles, jabones, fertilizantes, pieles, plásticos, refrigerantes, agentes blanqueadores, drogas, tintes, pinturas, papel y otros productos
5.- Saque las conclusiones de los indicadores que se utilizaron, y ordénelos quienes son los indicadores para ácidos, y para bases.
_ Aprendimos que el papel de tornasol rojo se vuelve azul cuando se lo pone en un oxido y el papel de tornasol azul se vuelve rojo cuando se lo pone en un ácido.
