REACCIONES DE ÓXIDO-REDUCCIÓN ELECTROQUÍMICA INSTITUTO UNIVERSITARIO POLITECNICO SANTIAGO MARIÑO CIUDAD OJEDA-ESTADO ZULIA QUIMICA I JOSE ALFONSO SOLANO.

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1 REACCIONES DE ÓXIDO-REDUCCIÓN ELECTROQUÍMICA INSTITUTO UNIVERSITARIO POLITECNICO SANTIAGO MARIÑO CIUDAD OJEDA-ESTADO ZULIA QUIMICA I JOSE ALFONSO SOLANO V-13288388 CARRERA (44) INGENIERÍA ELECTRÓNICA

2 INDICE  INTRODUCCIÓN……………………………….………………3  1.REACCIONES ÓXIDO-REDUCCIÓN…..…….………..….4  1.1DEFINICIÓN....................................................................4  1.2 CARÁCTERÍSTICAS………………………………….......5  1.3 NUMEROS DE OXIDACIÓN……………………………..6  1.4 TIPOS DE REACCIONES ÓXIDO-REDUCCIÓN….......7  1.5 BALANCEO DE ECUACIONES ÓXIDO- REDUCCIÓN…………………….……………………..……...9  2. ELECTROQUÍMICA….......………………………………..12  2.1 CELDAS GALVÁNICAS………………………………….13  2.2 ELEMENTOS DE UNA CELDA GALVÁNICA………….14  2.3 ELECTRÓLISIS………………………………………...…15 2

3 INTRODUCCION Las reacciones de oxidación-reducción forman una parte importante del mundo que nos rodea. Comprenden desde la combustión de combustibles fósiles hasta la acción de los blanqueadores domésticos. Asimismo, la mayoría de los elementos metálicos y no metálicos se obtienen a partir de sus minerales por procesos de oxidación o de reducción. En esta presentación se pretende exponer los aspectos mas importantes de las reacciones de óxido-reducción así como algunas aplicaciones de la electroquímica. 3

4 I. REACCIONES OXIDO-REDUCCION 1.1 DEFINICION DE LAS REACCIONES ÓXIDO-REDUCCIÓN Son reacciones químicas en las cuales se transfieren electrones de una sustancia a otra. Ejemplo: el magnesio reacciona con el oxigeno para formar óxido de magnesio. 2Mg(s) + O 2 (g) → 2MgO(s)  El óxido de magnesio (MgO) es un compuesto iónico formado por iones Mg 2+ y O 2-.  En esta reacción, dos átomos de Mg ceden o transfieren cuatro electrones a dos átomos de O (en el O 2 ). Muchas reacciones oxido reducción importantes se llevan a cabo en agua, pero esto no implica que todas las reacciones redox sucedan en medio acuoso. 4

5 REACCIONES OXIDO-REDUCCION 1.2 CARACTERISTICAS DE LAS REACCIONES ÓXIDO- REDUCCIÓN En una reacción de óxido-reducción, un elemento se oxida y el otro se reduce. Esto significa que existen dos semireacciones: reacción de oxidación y reacción de reducción. El término reacción de oxidación se refiere a la semirreacción que implica la pérdida de electrones. Una reacción de reducción es una semirreacción que implica una ganancia de electrones. En la formación del óxido de magnesio, el magnesio se oxida. Se dice que actúa como agente reductor porque dona electrones al oxígeno y hace que se reduzca. El oxígeno se reduce y actúa como un agente oxidante porque acepta electrones del magnesio y hace que éste se oxide. La magnitud de la oxidación es igual a la magnitud de la reducción. Esto significa que el número de electrones que pierde un agente reductor debe ser igual al número de electrones ganados por un agente oxidante. 5

6 REACCIONES OXIDO-REDUCCION 1.3 NÚMEROS DE OXIDACIÓN Para hacer un seguimiento de los electrones en las reacciones redox, es conveniente asignar números de oxidación a los reactivos y productos. El número de oxidación de un átomo, también llamado estado de oxidación, significa el número de cargas que tendría un átomo en una molécula (o en un compuesto iónico) si los electrones fueran transferidos completamente. Los números de oxidación se colocan encima de los símbolos de los elementos. Permiten identificar a simple vista, los elementos que se han oxidado y reducido. Los elementos que muestran un aumento en el número de oxidación, se han oxidado. Aquellos cuyos números de oxidación son menores que al inicio de la reacción, se han reducido. 6

7 REACCIONES OXIDO-REDUCCION 1.4 TIPOS DE REACCIONES ÓXIDO-REDUCCIÓN Reacciones de combinación: Una reacción de combinación es una reacción en la que dos o más sustancias se combinan para formar un solo producto. Ejemplo: Reacciones de descomposición Una reacción de descomposición es la ruptura de un compuesto en dos o más componentes. Ejemplo: 7

8 REACCIONES OXIDO-REDUCCION 1.4 TIPOS DE REACCIONES ÓXIDO-REDUCCIÓN (cont.) Reacciones de combustión Una reacción de combustión es una reacción en la cual la sustancia reacciona con el oxígeno, por lo general con la liberación de calor y luz, para producir una flama. Ejemplo: Reacciones de desplazamiento En una reacción de desplazamiento, un ion (o átomo) de un compuesto se reemplaza por un ion (o átomo) de otro elemento: la mayoría de las reacciones de desplazamiento cae en una de tres categorías: desplazamiento de hidrógeno, desplazamiento de metal o desplazamiento de halógeno. 8

9 REACCIONES OXIDO-REDUCCION 1.5 BALANCEO DE ECUACIONES ÓXIDO-REDUCCIÓN Una ecuación de oxido-reducción balanceada es aquella que contiene el mismo tipo y número de átomos, así como las mismas cargas en ambos lados de la ecuación. Ejemplo:  Ecuación no balanceada:  Ecuación balanceada: Para balancear ecuaciones oxido reducción se puede emplear el método del ión-electrón. Ejemplo: utilizando el método ión-electrón se balancea la ecuación oxido-reducción siguiente: 9

10 REACCIONES OXIDO-REDUCCION 1.5 BALANCEO DE ECUACIONES ÓXIDO-REDUCCIÓN (cont.)  Se escribe la ecuación no balanceada de la reacción en su forma iónica.  La ecuación se divide en dos semirreacciones.  Cada semirreacción se balancea de acuerdo con el número y tipo de átomos y cargas. Para las reacciones que se llevan a cabo en un medio ácido, se agrega H 2 O para balancear los átomos de O, y H + para balancear los átomos de H. Los átomos ya están balanceados. Para balancear la carga se agrega un electrón al lado derecho de la flecha. La reacción tiene lugar en un medio acido, para balancear los átomos de o se agregan siete moléculas de H2o al lado derecho de la flecha 10

11 REACCIONES OXIDO-REDUCCION 1.5 BALANCEO DE ECUACIONES ÓXIDO-REDUCCIÓN (cont.) Para balancear los átomos de H agregamos 14 iones H+ al lado izquierdo de la ecuación. Ahora hay 12 cargas positivas del lado izquierdo y solo seis cargas positivas del lado derecho. Por ende, agregamos seis electrones del lado izquierdo de la ecuación.  Se suman las dos semirreacciones y se balancea la ecuación final por inspección. Los electrones en ambos lados de la ecuación se deben cancelar. Si las semirreacciones de oxidación y reducción contienen diferentes números de electrones, se multiplica una o las dos semirreacciones para igualar el número de electrones. 11

12 II.ELECTROQUÍMICA La electroquímica es la rama de la química que estudia la transformación entre la energía eléctrica y la energía química. La electroquímica estudia los cambios químicos que producen una corriente eléctrica y la generación de electricidad por medio de reacciones químicas. La electroquímica se divide en dos grandes secciones: La electrólisis(reacciones químicas que se producen por la acción de una corriente eléctrica) y las celdas galvánicas (reacciones químicas que producen electricidad). 12

13 ELECTROQUÍMICA 2.1 CELDAS GALVÁNICAS Una celda galvánica o voltaica es un dispositivo experimental para generar electricidad mediante una reacción redox espontánea. (Se le llama así en honor de los científicos Luigi Galvani y Alessandro Volta, quienes fabricaron las primeras celdas de este tipo). 13

14 ELECTROQUÍMICA 2.2 ELEMENTOS DE UNA CELDA GALVANICA  Ánodo: es el electrodo en el que se lleva a cabo la oxidación.  Cátodo: es el electrodo donde se efectúa la reducción.  Puente salino: es un conductor por el que puedan pasar los cationes y aniones desde un compartimiento al otro. En su forma más simple se trata de un tubo en forma de U invertida lleno con una disolución de un electrólito inerte como KCl o NH 4 NO 3, cuyos iones no reaccionarán con los iones de la disolución o con los electrodos.  Electrodos: son barras de un material conductor eléctrico por los que circula la corriente eléctrica desde el ánodo al cátodo. La corriente eléctrica fluye del ánodo al cátodo porque existe una diferencia de energía potencial eléctrica entre los electrodos. Experimentalmente la diferencia de potencial eléctrico entre el ánodo y el cátodo se mide en forma experimental con un voltímetro. 14

15 ELECTROQUÍMICA 2.3 ELECTROLISIS Es el proceso que utiliza la energía eléctrica para inducir una reacción química no espontánea. Este proceso se lleva a cabo en un dispositivo que se conoce como celda electrolítica. La electrolisis se basa en los mismos principios en que se fundamentan los procesos que se realizan en las celdas galvánicas. Ejemplo: En su fase fundida, el cloruro de sodio (un compuesto iónico) se puede electrolizar para formar sodio metálico y cloro. En el NaCl fundido, los cationes y los aniones son los iones Na + y Cl –, respectivamente. La celda electrolítica contiene un par de electrodos conectados a una batería. Esta funciona como una “bomba de electrones” que los lleva hacia el cátodo, donde se efectúa la reducción y los retira del ánodo, donde se realiza la oxidación. 15

16 ELECTROQUÍMICA Las reacciones en los electrodos son: Este proceso es la fuente principal de sodio metálico puro y de gas cloro. 16

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