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REACCIONES DE ÓXIDO REDUCCIÓN

• Transcurren o se producen con variación del grado de
  oxidación. La modificación del grado de oxidación
  del átomo se produce por el tránsito de electrones de
  algunos átomos o iones a otros átomos o iones.
• El proceso → la entrega de electrones, se denomina
  oxidación, y el proceso → aceptación es la reducción.
  Ej: la combinación del Fe con el S:
•           Fe + S  FeS
• En este caso, el átomo de Fe entrega dos e y se
  transforma en un ion divalente positivo, es decir, se
  produce una oxidación de los átomos de Fe. El átomo
  de S acepta dos e y se transforma en ion S2-,
  produciéndose la reducción de los átomos de azufre.
• La sustancia cuyos átomos o iones entregan e se
  denomina reductora (en el ejemplo dado, el Fe entrega
  los e, por consiguiente es un reductor).
• La sustancia cuyos átomos o iones aceptan los e, se
  denomina oxidante (el S acepta los electrones, por
  consiguiente es un oxidante). De esta manera, al
  aceptar e, el oxidante se reduce y , el reductor al
  entregar los e se oxida.
• Ambos procesos transcurren al mismo tiempo. El
  número total de electrones entregados por el reductor,
  es igual al número total de e aceptados por el oxidante
METOD0 EMPIRICO DEL ESQUEMA ELECTRONICO O
               MÉTODO DEL ION ELECTRÓN
• a) Se escriben las fórmulas de los reaccionantes y de los productos
  resultantes, Ej:
•          FeCl3 + SO2 + H2O       FeCl2 + H2SO4 + HCl
• b) Se determina el grado de oxidación de los elementos antes y después
  de la reacción:
• 3+ 1- 4+ 2-      2+ 1- 6+
  Fe Cl3 + SO2 + H2O         FeCl2 + H2SO4 + HCl

•    Así, queda establecido, cuales son los elementos que participan en el
    intercambio de electrones (en este caso Fe 3+ y S4+ ).

• c) Luego, se elabora el esquema electrónico, es decir, se contabilizan el
  número de electrones, que han sido entregados por una molécula del
  reductor y aceptados por una molécula del oxidante. Así se determinan
  los coeficientes del oxidante y del reductor.
                    Fe3+   +    1e         Fe2+   -oxidante
                    S4+    -    2e         S6+ -reductor
• El número de e aceptados debe ser igual al número de eentregados,
  entonces el esquema Fe3 + 1e  Fe2+ s se multiplica x 2 y el
  esquema      S4+ - 2e  S6+ se multiplica x 1 . Los números 1 y 2
  serán los coeficientes del oxidante (Fe3+) y del reductor (S4+).Habiendo
  obtenido los coeficientes se plantea el esquema de la reacción

•    2 FeCl3 + SO2 + H2O          2 FeCl2 + H2SO4 + 2 HCl
• d) Luego se contabiliza el número de hidrógenos en ambos lados de
  la reacción y se halla el número de moléculas de agua:

• e)    2 FeCl3 + SO2 + 2 H2O         2 FeCl2 + H2SO4 + 2 HCl

• f)   La comprobación de la igualdad se realiza contabilizando la
  suma total de átomos de O.
•   Otros ejemplos:
•                             5+            2-                1-          6+                        -
               4 HClO3 + 3 H2S                       4HCl + 3H2SO4
•   Cl5+   +        6e            Cl- 8    4

•   S2-    -        8e            S6+ 6    3

•   Se obtienen los coeficientes 8 y 6 , pero dichos números tienen un máximo común
    divisor, entonces es indispensable reducirlos. En otros casos, con la finalidad de
    igualar la reacción, es necesario duplicar los coeficientes obtenidos:
•   2+         5+                  3+            2+
    6FeSO4          + 2HNO3 + 3H2SO4                              3 Fe2(SO4)3   +   2NO +   4H2O
•
•   Fe2+   -        1e            Fe3+     3         6

•   N5+    +         3e            N2+ 1         2
•   A veces el oxidante o el reductor, además de su función principal, se
    consume también en la obtención de los productos obtenidos en la
    reacción:

•   0      5+         2+    2+
    3Cu   +      8HNO3          3 Cu(NO3)2   +   2NO     +     4H2O
•
•   Cu0   -     2e        Cu2+ 3
•   N5+   +      3e        N2+ 2

•   Para la oxidación del cobre y reducción del nitrógeno se necesitan dos
    moléculas de HNO3 , y para la formación de la sal Cu(NO3)2 son
    necesarias 6 moléculas de dicho ácido. Por consiguiente, intervienen en
    la reacción 8 moléculas de HNO3


    3Cu + 2HNO3 + 6HNO3             3 Cu(NO3)2   + 2NO       + 4H2O
• Si los átomos que ceden y aceptan los e, se hallan en las mismas
  moléculas, el proceso se denomina “autooxidación-autoreducción” o
  dismutación, por ejemplo:
               1+          1-         5+        -

•        NaClO                 NaCl       +   NaClO3


• Cambia el grado de oxidación solamente del átomo de Cl. Es evidente
  que, en algunas moléculas, los átomos de Cl perderán e y en otras
  moléculas , los aceptará.

•               Cl1+   -         4e                Cl5+   2   1
•               Cl1+   +         2e                Cl1-   4   2

• En el esquema electrónico se observa, que un ion Cl 1+ es reductor y los
  otros dos oxidantes. Por consiguiente, en el proceso de óxido-reducción
  participan tres iones Cl1+ . Finalmente obtenemos:
•           3NaClO              2NaCl     +    NaClO3
METODO DEL ION ELECTRON O DE LAS
                      SEMIREACCIONES
•             Disociación de electrolitos (ácidos, bases y sales)

•   Los ácidos se disocian en H+ y el anión negativo. Ejemplo:
•   HNO3     se disocia en H+ NO3-
•   H2SO4     se disocia en H2+ SO4 -2
•   H3PO4     se disocia en H3+ PO4-3

•   Las bases se disocian en el catión positivo y el OH- Ejemplo:
•   NaOH       se disocia en Na+ OH-
•   Mg(OH)2 se disocia en Mg+2 (OH)2-
•   Al(OH)3     se disocia en Al+3 (OH)3-

•   Las sales se disocian en catión positivo y el anión negativo. Ejemplo:
•   Ag Cl       se disocia en Ag+ Cl-
•   AgNO3       se disocia en    Ag+ NO3-
•   Cu(NO3)2 se disocia en      Cu+2 (NO3)2-
•   Al2(SO4)3 se disocia en     Al2+3 (SO4)3-2
•
PASOS PARA IGUALAR ECUACIONES POR IÓN-ELECTRÓN

•   1.) Si la ecuación está en forma molecular pasarla a forma iónica. Tener en
    cuenta que los elementos libres, los óxidos, el H2O y el H2O2 no se disocian, sólo se
    disocian los electrolitos (ácidos, bases y sales).
•   Ilustraremos todos los pasos con el siguiente ejemplo:

•   I2 + HNO3                    HIO3            +   NO      +     H2O       (Molecular)

•   Se pasa a forma iónica;
     o                      o       o

•   I2 + H+NO3-                H+ lO3-       +       NO      +      H2O (Iónica)

•   2.) Se escribe por separado solamente las ecuaciones iónicas parciales del agente
    oxidante y el agente reductor.
•                                         o

•                                         I2                     lO3-
•                                                                         o

•                                         NO3-                      NO
• 3.) Se balancea por tanteo (inspección) los átomos distintos de H y O –en
  este caso los átomos de yodo- :
•                                 o

•                                I2                 2lO3-
•                                                     o

•                                NO3-             NO


• 4.) Igualar los átomos de O agregando moléculas de H 2O –donde
  corresponda- para balancear los oxígenos:


•                I2   + 6H2O                     2lO3-
•
•                        NO3-                 NO + 2 H2O
•
•   5.) Igualamos los átomos de H+ (hidrogeniones) donde falte hidrógeno.
•
•        o

•            I2    + 6H2O                                     2lO3-   + 12H+
•                                                      o

•   NO3-            + 4H+                             NO + 2H2O
•
•
•   6.) Contamos la carga total en ambos lados de cada ecuación y agregar e- en el
    miembro deficiente en carga negativa (-) o que tenga exceso de carga positiva (+)
•
•    o              o
                                          -2                   +12 = +10 – 10 = 0
•   I2            + 6H2O                 2lO3-        +        12H+        + 10 e-     (oxidación)


•
•    -1                 +4 = +3 – 3 = 0        o           o

•   NO3-            + 4H+         + 3e-                         NO + 2H2O      (reducción)
•
•
• Hasta aquí estos pasos son comunes para
  reacciones en medio ácidos, neutros o básicos
  (alcalinos).
• Si la reacción está en medio básico o alcalino
  después de haber colocado los e- se debe:
  “agregar a cada miembro de las ecuaciones
  parciales tantos OH- como H+ haya. Combinar
  los H+ y OH- para formar H2O y anular el agua
  que aparezca duplicado en ambos miembros”.
• Nota: En esta ecuación no se realiza porque no
  tiene OH-, es decir, no está en medio básico (está
  en medio ácido, HNO3).
•
•   7.) Luego, igualar el número de e- perdidos por el agente reductor, con
    los e- ganados por el agente oxidante, multiplicando las ecuaciones
    parciales por los número mínimos necesario para esto.

•          o

•   3 x (I2      + 6H2O                   2lO3-       + 12H+    + lOe-)
•                                          o       o

•   10 x (NO3-      + 4H+    + 3e-            NO + 2H2O)
•
•
•   3 I2       + 18 H2O                    6 IO3-      + 36H+    + 30 e-
•
•
•   10NO3-       + 40 H+    + 30 e -          10 NO + 20 H2O
•   8.) Súmese las dos medias reacciones cancelando cualquier cantidad de e-, H+, OH-
    o H2O que aparezca en ambos lados, con lo cual se obtendrá la ecuación
    finalmente balanceada.
•
•   3 I2   + 18 H2O                    6 IO3- + 36H+ + 30 e
•                     4                         2



•   10 NO3- + 40 H+ + 30 e-                                10 NO + 20 H2O
•    o                              o   o

•   3I2 + 10NO3- +        4H+                      6IO3-     + 10NO +       2H2O

•   ☻Si la ecuación fue dada originalmente en forma iónica, ésta es la respuesta del
    problema.
•
•   ☻Si la ecuación fue dada originalmente en forma molecular; se trasladan estos
    coeficientes a la ecuación molecular y se inspeccionan el balanceo de la ecuación.
    Ejemplo:

•   3I2 + 10HNO3                           6HIO3    + 10NO + 2H2O
•
SEMIREACCIONES Y POTENCIAL REDOX
•                                   E°
•   a) Mn+2 + 2e → Mnº             -1,18
•   b) Hg+2 + 2e → Hgº             +0,85
•   c) Co +2 +2e → Coº              -0,28
•   d) Cu+2 + 2e → Cuº             +0,34
•    a∠c∠d∠b el Hg es el elemento con el
    potencial más positivo y el Mn es el
    elemento que posee el potencial menos
    positivo o lo que es lo mismo el más negativo
• La semi reacción de oxidación del elemento que más tienda
  a oxidarse
  Mnº →       Mn+2 + 2e
• El Mn+2 es la especie con el potencial de reducción más
  negativo, es decir el elemento → menos tendencia a la
  reducción es decir, este elemento tiende mas a oxidarse.
• La escala de potenciales de reducción no solamente sirve
  para determinar la especie que más tiende a reducirse, si
  no que también permite establecer la especie que más se
  oxida, pues las tendencias son contrarias.
•
  Mientras más negativo sea el valor de la reducción menos
  tendencia hay a reducirse más tendencia hay a oxidarse.
• Volviendo al ejercicio, para escribir la reacción de
  oxidación del Mn, basta con invertir la reacción.
• Elijamos un par de semi reacciones para una reacción
  redox espontánea. Una de ellas sea la que se reduzca, la
  otra debe oxidarse.
• Por ejemplo, se elige la a y la c, de ambas, la que tiene
  mayor potencial de reducción es la c, que aunque tiene
  un potencial negativo, es el menos negativo de ambos.
• La reacción redox espontánea quedaría:
• Semi reacción de oxidación Mnº → Mn+2 + 2e
• Semi reacción de reducción Co+2 +2e → Coº
• Ecuación completa Co+2 + Mnº → Mn+2 + Coº
PROCESOS DE ÓXIDOREDUCCIÓN EN EL
                 ORGANISMO HUMANO
•   Muchas sustancias → arden producen anhídridos
    ácidos: P2O5, SO3 , este proceso de combustión se
    considera una oxidación.
•   Posteriormente, todas las reacciones químicas, en las
    que se combina cualquier sustancia con el O, se
    denominó “oxidación” y el proceso de entrega del O
    → “reducción”.
•   Estas consideraciones Lavoisier las utilizó para
    explicar el entonces enigmático proceso de la
    respiración del hombre y los animales.
•   Él prestó atención en la semejanza entre los procesos
    de combustión de las sustancias orgánicas dentro del
    organismo y la respiración de los animales.
• La respiración y la combustión, necesitan el O del aire
  formando CO2 y H2O.
• En base a experimentos con animales Lavoisier propuso
  que, la esencia de la respiración consiste en la
  combinación del O inspirado del aire con el C e H de las
  sustancias orgánicas dentro del cuerpo.
• Tanto la combustión como la respiración desprenden
  calor, cuya cantidad puede ser medida.
• De esta manera, la combustión de azúcar fuera del
  organismo –in vitro- y la oxidación del azúcar en el
  organismo –in vivo- es posible representarla con la
  misma igualdad química.
•          C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O
• Era incomprensible, la oxidación lenta de los nutrientes- en el
  organismo -de manera comparativa, la oxidación se produce a
  baja tº sin aparición de llama.

•    Además, en presencia del agua de los tejidos, → impide la
    combustión. Esto indicaba que la oxidación lenta de las
    sustancias orgánicas en el organismo, por su mecanismo, → se
    diferenciaba sustancialmente de la combustión en el aire de la
    leña, carbón y otras sustancias orgánicas, aunque los
    productos finales de la combustión, sean en ambos casos CO2
    Y H2O.

• La respiración tisular concluye con la formación de productos
  finales del metabolismo: gas carbónico, agua, amoníaco etc.

•    La respiración en los tejidos → liberación de energía en
    cantidad significativa, la cual es utilizada por las células para el
    cumplimiento de diversos tipos de trabajo fisiológico.
APLICACIONES DE LOS PROCESOS REDOX
            TITULACIÓN REDOX
• Yodometría.- Se fundamenta en el uso de los titulantes, solución
  de yodo y solución de tiosulfato de sodio. El yodo es un
  oxidante débil, cuyo potencial normal de oxidorreducción del
  sistema I2/2I = 0,54 v. De la igualdad I2 + 2e- =2I- se concluye
  que el eq./ gr. del yodo es = a su P. At.
• El Na2S2O3 es el reductor, que se oxida con el yodo hasta
  tetrationato de sodio.
•                             2S2O32- + I2 = S4O62- + 2I-
• El potencial normal de oxidorreducción del sistema S4O62- /
  2S2O32- = 0,17v
• De la igualdad 2S2O32- - 2e- ↔ S4O62- , se puede ver que el
  gr. eq. de la masa del Na2S2O3 en esta reacción es igual a su
  masa molecular relativa.
• Indicador en yodometría → solución acuosa de almidón. Por
  combinación del yodo con el almidón → compuesto de
  adsorción fuertemente coloreado de color azul.

•    El indicador se añade solamente antes del término de la
    titulación de la solución de yodo con la solución de Na2S2O3
    debido a que a una concentración elevada de yodo se forma
    un compuesto de adsorción entre el yodo y los gránulos de
    almidón que difícilmente decolora.

• Con este método se analizan compuestos de carácter
  reductor como: tiosulfato de sodio, ácido ascórbico,
  metionina, isoniacida, furacilina, analgina entre otros.
• Con el método yodométrico se cuantifica las penicilinas en
  forma de sales.
Permanganometría
• Método → uso del titulante solución de KMnO4 en medio
  fuertemente ácido. Los iones MnO4- en medio ácido se
  reducen →Mn2+.
• El potencial normal de oxidorreducción (E°) del par MnO4-
  ∕Mn2+ = 1,51v. De la igualdad:
•             MnO4- + 8H+ + 5e- ↔ Mn2+ + 4H2O
• se concluye que la masa eq.del KMnO4 en medio fuertemente
  ácido es igual a PM ∕ 5
• El indicador → la misma solución titulante, debido a que los
  iones Mn2+ colorean a la solución incolora de color rosado
  débil.
• El punto de eq. será cuando el reductor titulado se oxide
  completamente, y la primera gota en exceso del titulante
  coloree la solución de un color rosado débil.
• Con este método se determina cuantitativamente preparados
  de farmacopea: peróxido de hidrógeno y sulfato ferroso.
Bromatometría
• Se fundamenta en el uso del titulante KBrO3, el cual en medio
  ácido es un fuerte oxidante:
•                       BrO3- + 6H+ + 6e- → Br- + 3H2O
• Antes de la titulación suele añadirse KBr, el cual por
  combinación con el bromato en medio ácido libera al bromo:
•                      BrO3- + 5Br - + 6H+ → 3Br2 + 3H2O
• El Br2 formado se utiliza como oxidante: Br2 + 2e- ↔ 2Br - .
• El eq./ gr. del KBrO3 es = masa/5
• El indicador en la bromatometría directa lo mas común son
  los indicadores irreversibles especiales, por ejemplo, los
  azocompuestos (anaranjado de metilo o rojo de metilo), los
  cuales en su p/eq. se descomponen con el Br2, → decoloración
  de la solución. La oxidación de estos indicadores es
  irreversible
• Cuando se realiza una titulación inversa – o residual- , el
  exceso de bromo se determina por yodometría :
•                Br2 + 2KI = I2 + 2KBr
•           I2 + 2NaS2O3 = 2NaI + Na2S4O6

• Este método → determinación cuantitativa de preparados
  farmacéuticos de carácter reductor, por ej. isoniacida;
  también, para la determinación cuantitativa de fenol,
  resorcina, ácido salicílico, fenolftaleina, sinestrol y aminas
  aromáticas primarias, por ejemplo: sulfanilamida.

• La determinación de fenoles y aminas aromáticas se basa en
  las reacciones de desplazamiento –un hidrógeno es
  reemplazado por un bromo- por bromación..
Cerimetría
• El método se fundamenta en el uso de una sal de
  cerio (IV) → titulante -a menudo- sulfato de cerio
  Ce(SO4)2 , → medio ácido es un fuerte oxidante,
  aceptando un eˉ, el Ce(IV) se reduce a Ce3+:
• Ce4+ + 1e- → Ce3+;           Eº = +1,44v
• El punto de eq. se puede determinar con solución
  de difenilamina o ferroína entre otros indicadores,
  también con el método potenciométrico. Con este
  método se puede cuantificar tocoferol acetato y
  sales de hierro (II) –sulfato, gluconato-, aminazina
  (Farmacopea Internacional, II Ed.).
Obtención de metales
• Por procesos de reducción de sus minerales se obtiene
  Al, Fe, Zn entre otros metales .
• Obtención del Fe, a partir de óxidos hematita (Fe2O3)
  y la magnetita (Fe304); hidróxidos como limonita;
  también siderita -o carbonato de hierro- (FeCO3).
• Estos minerales se encuentran combinados en rocas,
  → contienen elementos indeseados denominados
  gangas. Parte de la ganga puede ser separada del
  mineral de hierro antes de su envío a la siderurgia,
  donde en los altos hornos → acción del CO, C. H2 y
  agua vaporizada que ayuda a la generación de gases
• El Zn se obtiene por reducción del ZnS.
ENERGÍA Y PROCESOS REDOX.-
a) Producen energía eléctrica o calor las pilas y los
   acumuladores, también la combustión de los
   combustibles fósiles y líquidos inflamables.
b) Requieren de energía eléctrica o calor los
   procesos de electrólisis, por ejemplo la
   electrólisis del agua requiere de ácido sulfúrico y
   electrodos de Pb.

CORROSIÓN DE LOS METALES.-
A nivel industrial se trata de evitar, la oxidación de
los metales inutiliza muchos artefactos y equipos.
Procesos avanzados de oxidación para la
     descontaminación de aguas de diversos
                   origenes
• I: Las Tecnologías avanzadas de oxidación. (TAOs)
  Procesos no fotoquímicos Ozonización en medio
  alcalino (O3/OH-)Ozonización con peróxido de
  hidrógeno(O3/H2O2)Procesos Fenton (Fe2+/H2O2) y
  relacionados Oxidación electroquímica Radiólisis γ y
  tratamiento con haces de eˉ Plasma no térmico Descarga
  electrohidráulica – Ultrasonido
• Procesos fotoquímicos Oxidación en agua sub/y
  supercrítica Procesos fotoquímicos Fotólisis del agua en
  el UV de vacío(UVV)UV/ H2O2, UV/O3Foto-Fenton y
  relacionadas Fotocatálisis heterogénea
• II: Ventajas de las Tecnologías avanzadas de oxidación.
• ● No sólo cambian de fase al contaminante (como
  ocurre en el arrastre con aire o en el tratamiento con C
  activado), sino que lo transforman químicamente.
• ● Generalmente se consigue la mineralización
  completa (destrucción) del contaminante. En cambio,
  las tecnologías convencionales, que no emplean
  especies muy fuertemente oxidantes, no alcanzan a
  oxidar completamente la materia orgánica.
• ● Usualmente no generan barros → requieren de un
  proceso de tratamiento y/o disposición.
• ● Muy útiles para contaminantes refractarios que
  resisten otros métodos de tratamiento,principalmente
  el biológico
• .● Sirven para tratar contaminantes a muy baja conc. (por
  ejemplo, ppb).
• ● No se forman subproductos de reacción, o se forman en baja
  conc.
• ● Son ideales para disminuir la conc. de compuestos formados
  por pretratamientos alternativos, como la desinfección.
• ● Generalmente, mejoran las propiedades organolépticas del
  agua tratada.
• ● En muchos casos, consumen mucha menos energía que otros
  métodos (por ejemplo, la incineración)
• .● Permiten transformar contaminantes refractarios en
  productos tratables luego por métodos más económicos
  →tratamiento biológico.
• ● Eliminan efectos sobre la salud de desinfectantes y
  oxidantes residuales como el cloro.
•
Potenciales redox de algunos oxidantes
Especie                    Eº (V, 25°C)
Flúor                      3,03
Radical hidroxilo          2,80
Oxígeno atómico            2,42
Ozono                      2,07
Peróxido de hidrógeno      1,78
Radical perhidroxilo       1,70
Permanganato               1,68
Dióxido de cloro           1,57
Ácido hipocloroso          1,49
Cloro                      1,36
Bromo                      1,09
Yodo                       0,54
Constantes de velocidad (k en L mol-1 s-1) del radical
  hidroxilo en comparación con el ozono para algunos
                    compuestos orgánicos
Compuesto            HO                    O3
Alquenos clorados    109-1011              10-1-103

Fenoles              109-1010              103

Aromáticos           108-1010              1-102

Cetonas              109-1010              1

Alcoholes            108-109               10-2-1

Alcanos              106-109               10-2

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Reacciones redox aplicaciones

  • 1. REACCIONES DE ÓXIDO REDUCCIÓN • Transcurren o se producen con variación del grado de oxidación. La modificación del grado de oxidación del átomo se produce por el tránsito de electrones de algunos átomos o iones a otros átomos o iones. • El proceso → la entrega de electrones, se denomina oxidación, y el proceso → aceptación es la reducción. Ej: la combinación del Fe con el S: • Fe + S  FeS • En este caso, el átomo de Fe entrega dos e y se transforma en un ion divalente positivo, es decir, se produce una oxidación de los átomos de Fe. El átomo de S acepta dos e y se transforma en ion S2-, produciéndose la reducción de los átomos de azufre.
  • 2. • La sustancia cuyos átomos o iones entregan e se denomina reductora (en el ejemplo dado, el Fe entrega los e, por consiguiente es un reductor). • La sustancia cuyos átomos o iones aceptan los e, se denomina oxidante (el S acepta los electrones, por consiguiente es un oxidante). De esta manera, al aceptar e, el oxidante se reduce y , el reductor al entregar los e se oxida. • Ambos procesos transcurren al mismo tiempo. El número total de electrones entregados por el reductor, es igual al número total de e aceptados por el oxidante
  • 3. METOD0 EMPIRICO DEL ESQUEMA ELECTRONICO O MÉTODO DEL ION ELECTRÓN • a) Se escriben las fórmulas de los reaccionantes y de los productos resultantes, Ej: • FeCl3 + SO2 + H2O  FeCl2 + H2SO4 + HCl • b) Se determina el grado de oxidación de los elementos antes y después de la reacción: • 3+ 1- 4+ 2- 2+ 1- 6+ Fe Cl3 + SO2 + H2O  FeCl2 + H2SO4 + HCl • Así, queda establecido, cuales son los elementos que participan en el intercambio de electrones (en este caso Fe 3+ y S4+ ). • c) Luego, se elabora el esquema electrónico, es decir, se contabilizan el número de electrones, que han sido entregados por una molécula del reductor y aceptados por una molécula del oxidante. Así se determinan los coeficientes del oxidante y del reductor. Fe3+ + 1e  Fe2+ -oxidante S4+ - 2e  S6+ -reductor
  • 4. • El número de e aceptados debe ser igual al número de eentregados, entonces el esquema Fe3 + 1e  Fe2+ s se multiplica x 2 y el esquema S4+ - 2e  S6+ se multiplica x 1 . Los números 1 y 2 serán los coeficientes del oxidante (Fe3+) y del reductor (S4+).Habiendo obtenido los coeficientes se plantea el esquema de la reacción • 2 FeCl3 + SO2 + H2O  2 FeCl2 + H2SO4 + 2 HCl • d) Luego se contabiliza el número de hidrógenos en ambos lados de la reacción y se halla el número de moléculas de agua: • e) 2 FeCl3 + SO2 + 2 H2O  2 FeCl2 + H2SO4 + 2 HCl • f) La comprobación de la igualdad se realiza contabilizando la suma total de átomos de O.
  • 5. Otros ejemplos: • 5+ 2- 1- 6+ - 4 HClO3 + 3 H2S  4HCl + 3H2SO4 • Cl5+ + 6e  Cl- 8 4 • S2- - 8e  S6+ 6 3 • Se obtienen los coeficientes 8 y 6 , pero dichos números tienen un máximo común divisor, entonces es indispensable reducirlos. En otros casos, con la finalidad de igualar la reacción, es necesario duplicar los coeficientes obtenidos: • 2+ 5+ 3+ 2+ 6FeSO4 + 2HNO3 + 3H2SO4  3 Fe2(SO4)3 + 2NO + 4H2O • • Fe2+ - 1e  Fe3+ 3 6 • N5+ + 3e  N2+ 1 2
  • 6. A veces el oxidante o el reductor, además de su función principal, se consume también en la obtención de los productos obtenidos en la reacción: • 0 5+ 2+ 2+ 3Cu + 8HNO3  3 Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O • • Cu0 - 2e  Cu2+ 3 • N5+ + 3e  N2+ 2 • Para la oxidación del cobre y reducción del nitrógeno se necesitan dos moléculas de HNO3 , y para la formación de la sal Cu(NO3)2 son necesarias 6 moléculas de dicho ácido. Por consiguiente, intervienen en la reacción 8 moléculas de HNO3 3Cu + 2HNO3 + 6HNO3  3 Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O
  • 7. • Si los átomos que ceden y aceptan los e, se hallan en las mismas moléculas, el proceso se denomina “autooxidación-autoreducción” o dismutación, por ejemplo: 1+ 1- 5+ - • NaClO  NaCl + NaClO3 • Cambia el grado de oxidación solamente del átomo de Cl. Es evidente que, en algunas moléculas, los átomos de Cl perderán e y en otras moléculas , los aceptará. • Cl1+ - 4e  Cl5+ 2 1 • Cl1+ + 2e  Cl1- 4 2 • En el esquema electrónico se observa, que un ion Cl 1+ es reductor y los otros dos oxidantes. Por consiguiente, en el proceso de óxido-reducción participan tres iones Cl1+ . Finalmente obtenemos: • 3NaClO  2NaCl + NaClO3
  • 8. METODO DEL ION ELECTRON O DE LAS SEMIREACCIONES • Disociación de electrolitos (ácidos, bases y sales) • Los ácidos se disocian en H+ y el anión negativo. Ejemplo: • HNO3 se disocia en H+ NO3- • H2SO4 se disocia en H2+ SO4 -2 • H3PO4 se disocia en H3+ PO4-3 • Las bases se disocian en el catión positivo y el OH- Ejemplo: • NaOH se disocia en Na+ OH- • Mg(OH)2 se disocia en Mg+2 (OH)2- • Al(OH)3 se disocia en Al+3 (OH)3- • Las sales se disocian en catión positivo y el anión negativo. Ejemplo: • Ag Cl se disocia en Ag+ Cl- • AgNO3 se disocia en Ag+ NO3- • Cu(NO3)2 se disocia en Cu+2 (NO3)2- • Al2(SO4)3 se disocia en Al2+3 (SO4)3-2 •
  • 9. PASOS PARA IGUALAR ECUACIONES POR IÓN-ELECTRÓN • 1.) Si la ecuación está en forma molecular pasarla a forma iónica. Tener en cuenta que los elementos libres, los óxidos, el H2O y el H2O2 no se disocian, sólo se disocian los electrolitos (ácidos, bases y sales). • Ilustraremos todos los pasos con el siguiente ejemplo: • I2 + HNO3  HIO3 + NO + H2O (Molecular) • Se pasa a forma iónica; o o o • I2 + H+NO3-  H+ lO3- + NO + H2O (Iónica) • 2.) Se escribe por separado solamente las ecuaciones iónicas parciales del agente oxidante y el agente reductor. • o • I2  lO3- • o • NO3-  NO
  • 10. • 3.) Se balancea por tanteo (inspección) los átomos distintos de H y O –en este caso los átomos de yodo- : • o • I2  2lO3- • o • NO3-  NO • 4.) Igualar los átomos de O agregando moléculas de H 2O –donde corresponda- para balancear los oxígenos: • I2 + 6H2O  2lO3- • • NO3-  NO + 2 H2O •
  • 11. 5.) Igualamos los átomos de H+ (hidrogeniones) donde falte hidrógeno. • • o • I2 + 6H2O  2lO3- + 12H+ • o • NO3- + 4H+  NO + 2H2O • • • 6.) Contamos la carga total en ambos lados de cada ecuación y agregar e- en el miembro deficiente en carga negativa (-) o que tenga exceso de carga positiva (+) • • o o -2 +12 = +10 – 10 = 0 • I2 + 6H2O  2lO3- + 12H+ + 10 e- (oxidación) • • -1 +4 = +3 – 3 = 0 o o • NO3- + 4H+ + 3e-  NO + 2H2O (reducción) • •
  • 12. • Hasta aquí estos pasos son comunes para reacciones en medio ácidos, neutros o básicos (alcalinos). • Si la reacción está en medio básico o alcalino después de haber colocado los e- se debe: “agregar a cada miembro de las ecuaciones parciales tantos OH- como H+ haya. Combinar los H+ y OH- para formar H2O y anular el agua que aparezca duplicado en ambos miembros”. • Nota: En esta ecuación no se realiza porque no tiene OH-, es decir, no está en medio básico (está en medio ácido, HNO3). •
  • 13. 7.) Luego, igualar el número de e- perdidos por el agente reductor, con los e- ganados por el agente oxidante, multiplicando las ecuaciones parciales por los número mínimos necesario para esto. • o • 3 x (I2 + 6H2O  2lO3- + 12H+ + lOe-) • o o • 10 x (NO3- + 4H+ + 3e-  NO + 2H2O) • • • 3 I2 + 18 H2O  6 IO3- + 36H+ + 30 e- • • • 10NO3- + 40 H+ + 30 e -  10 NO + 20 H2O
  • 14. 8.) Súmese las dos medias reacciones cancelando cualquier cantidad de e-, H+, OH- o H2O que aparezca en ambos lados, con lo cual se obtendrá la ecuación finalmente balanceada. • • 3 I2 + 18 H2O  6 IO3- + 36H+ + 30 e • 4 2 • 10 NO3- + 40 H+ + 30 e-  10 NO + 20 H2O • o o o • 3I2 + 10NO3- + 4H+  6IO3- + 10NO + 2H2O • ☻Si la ecuación fue dada originalmente en forma iónica, ésta es la respuesta del problema. • • ☻Si la ecuación fue dada originalmente en forma molecular; se trasladan estos coeficientes a la ecuación molecular y se inspeccionan el balanceo de la ecuación. Ejemplo: • 3I2 + 10HNO3  6HIO3 + 10NO + 2H2O •
  • 15. SEMIREACCIONES Y POTENCIAL REDOX • E° • a) Mn+2 + 2e → Mnº -1,18 • b) Hg+2 + 2e → Hgº +0,85 • c) Co +2 +2e → Coº -0,28 • d) Cu+2 + 2e → Cuº +0,34 • a∠c∠d∠b el Hg es el elemento con el potencial más positivo y el Mn es el elemento que posee el potencial menos positivo o lo que es lo mismo el más negativo
  • 16. • La semi reacción de oxidación del elemento que más tienda a oxidarse Mnº → Mn+2 + 2e • El Mn+2 es la especie con el potencial de reducción más negativo, es decir el elemento → menos tendencia a la reducción es decir, este elemento tiende mas a oxidarse. • La escala de potenciales de reducción no solamente sirve para determinar la especie que más tiende a reducirse, si no que también permite establecer la especie que más se oxida, pues las tendencias son contrarias. • Mientras más negativo sea el valor de la reducción menos tendencia hay a reducirse más tendencia hay a oxidarse. • Volviendo al ejercicio, para escribir la reacción de oxidación del Mn, basta con invertir la reacción.
  • 17. • Elijamos un par de semi reacciones para una reacción redox espontánea. Una de ellas sea la que se reduzca, la otra debe oxidarse. • Por ejemplo, se elige la a y la c, de ambas, la que tiene mayor potencial de reducción es la c, que aunque tiene un potencial negativo, es el menos negativo de ambos. • La reacción redox espontánea quedaría: • Semi reacción de oxidación Mnº → Mn+2 + 2e • Semi reacción de reducción Co+2 +2e → Coº • Ecuación completa Co+2 + Mnº → Mn+2 + Coº
  • 18. PROCESOS DE ÓXIDOREDUCCIÓN EN EL ORGANISMO HUMANO • Muchas sustancias → arden producen anhídridos ácidos: P2O5, SO3 , este proceso de combustión se considera una oxidación. • Posteriormente, todas las reacciones químicas, en las que se combina cualquier sustancia con el O, se denominó “oxidación” y el proceso de entrega del O → “reducción”. • Estas consideraciones Lavoisier las utilizó para explicar el entonces enigmático proceso de la respiración del hombre y los animales. • Él prestó atención en la semejanza entre los procesos de combustión de las sustancias orgánicas dentro del organismo y la respiración de los animales.
  • 19. • La respiración y la combustión, necesitan el O del aire formando CO2 y H2O. • En base a experimentos con animales Lavoisier propuso que, la esencia de la respiración consiste en la combinación del O inspirado del aire con el C e H de las sustancias orgánicas dentro del cuerpo. • Tanto la combustión como la respiración desprenden calor, cuya cantidad puede ser medida. • De esta manera, la combustión de azúcar fuera del organismo –in vitro- y la oxidación del azúcar en el organismo –in vivo- es posible representarla con la misma igualdad química. • C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O
  • 20. • Era incomprensible, la oxidación lenta de los nutrientes- en el organismo -de manera comparativa, la oxidación se produce a baja tº sin aparición de llama. • Además, en presencia del agua de los tejidos, → impide la combustión. Esto indicaba que la oxidación lenta de las sustancias orgánicas en el organismo, por su mecanismo, → se diferenciaba sustancialmente de la combustión en el aire de la leña, carbón y otras sustancias orgánicas, aunque los productos finales de la combustión, sean en ambos casos CO2 Y H2O. • La respiración tisular concluye con la formación de productos finales del metabolismo: gas carbónico, agua, amoníaco etc. • La respiración en los tejidos → liberación de energía en cantidad significativa, la cual es utilizada por las células para el cumplimiento de diversos tipos de trabajo fisiológico.
  • 21. APLICACIONES DE LOS PROCESOS REDOX TITULACIÓN REDOX • Yodometría.- Se fundamenta en el uso de los titulantes, solución de yodo y solución de tiosulfato de sodio. El yodo es un oxidante débil, cuyo potencial normal de oxidorreducción del sistema I2/2I = 0,54 v. De la igualdad I2 + 2e- =2I- se concluye que el eq./ gr. del yodo es = a su P. At. • El Na2S2O3 es el reductor, que se oxida con el yodo hasta tetrationato de sodio. • 2S2O32- + I2 = S4O62- + 2I- • El potencial normal de oxidorreducción del sistema S4O62- / 2S2O32- = 0,17v • De la igualdad 2S2O32- - 2e- ↔ S4O62- , se puede ver que el gr. eq. de la masa del Na2S2O3 en esta reacción es igual a su masa molecular relativa.
  • 22. • Indicador en yodometría → solución acuosa de almidón. Por combinación del yodo con el almidón → compuesto de adsorción fuertemente coloreado de color azul. • El indicador se añade solamente antes del término de la titulación de la solución de yodo con la solución de Na2S2O3 debido a que a una concentración elevada de yodo se forma un compuesto de adsorción entre el yodo y los gránulos de almidón que difícilmente decolora. • Con este método se analizan compuestos de carácter reductor como: tiosulfato de sodio, ácido ascórbico, metionina, isoniacida, furacilina, analgina entre otros. • Con el método yodométrico se cuantifica las penicilinas en forma de sales.
  • 23. Permanganometría • Método → uso del titulante solución de KMnO4 en medio fuertemente ácido. Los iones MnO4- en medio ácido se reducen →Mn2+. • El potencial normal de oxidorreducción (E°) del par MnO4- ∕Mn2+ = 1,51v. De la igualdad: • MnO4- + 8H+ + 5e- ↔ Mn2+ + 4H2O • se concluye que la masa eq.del KMnO4 en medio fuertemente ácido es igual a PM ∕ 5 • El indicador → la misma solución titulante, debido a que los iones Mn2+ colorean a la solución incolora de color rosado débil. • El punto de eq. será cuando el reductor titulado se oxide completamente, y la primera gota en exceso del titulante coloree la solución de un color rosado débil. • Con este método se determina cuantitativamente preparados de farmacopea: peróxido de hidrógeno y sulfato ferroso.
  • 24. Bromatometría • Se fundamenta en el uso del titulante KBrO3, el cual en medio ácido es un fuerte oxidante: • BrO3- + 6H+ + 6e- → Br- + 3H2O • Antes de la titulación suele añadirse KBr, el cual por combinación con el bromato en medio ácido libera al bromo: • BrO3- + 5Br - + 6H+ → 3Br2 + 3H2O • El Br2 formado se utiliza como oxidante: Br2 + 2e- ↔ 2Br - . • El eq./ gr. del KBrO3 es = masa/5 • El indicador en la bromatometría directa lo mas común son los indicadores irreversibles especiales, por ejemplo, los azocompuestos (anaranjado de metilo o rojo de metilo), los cuales en su p/eq. se descomponen con el Br2, → decoloración de la solución. La oxidación de estos indicadores es irreversible
  • 25. • Cuando se realiza una titulación inversa – o residual- , el exceso de bromo se determina por yodometría : • Br2 + 2KI = I2 + 2KBr • I2 + 2NaS2O3 = 2NaI + Na2S4O6 • Este método → determinación cuantitativa de preparados farmacéuticos de carácter reductor, por ej. isoniacida; también, para la determinación cuantitativa de fenol, resorcina, ácido salicílico, fenolftaleina, sinestrol y aminas aromáticas primarias, por ejemplo: sulfanilamida. • La determinación de fenoles y aminas aromáticas se basa en las reacciones de desplazamiento –un hidrógeno es reemplazado por un bromo- por bromación..
  • 26. Cerimetría • El método se fundamenta en el uso de una sal de cerio (IV) → titulante -a menudo- sulfato de cerio Ce(SO4)2 , → medio ácido es un fuerte oxidante, aceptando un eˉ, el Ce(IV) se reduce a Ce3+: • Ce4+ + 1e- → Ce3+; Eº = +1,44v • El punto de eq. se puede determinar con solución de difenilamina o ferroína entre otros indicadores, también con el método potenciométrico. Con este método se puede cuantificar tocoferol acetato y sales de hierro (II) –sulfato, gluconato-, aminazina (Farmacopea Internacional, II Ed.).
  • 27. Obtención de metales • Por procesos de reducción de sus minerales se obtiene Al, Fe, Zn entre otros metales . • Obtención del Fe, a partir de óxidos hematita (Fe2O3) y la magnetita (Fe304); hidróxidos como limonita; también siderita -o carbonato de hierro- (FeCO3). • Estos minerales se encuentran combinados en rocas, → contienen elementos indeseados denominados gangas. Parte de la ganga puede ser separada del mineral de hierro antes de su envío a la siderurgia, donde en los altos hornos → acción del CO, C. H2 y agua vaporizada que ayuda a la generación de gases • El Zn se obtiene por reducción del ZnS.
  • 28. ENERGÍA Y PROCESOS REDOX.- a) Producen energía eléctrica o calor las pilas y los acumuladores, también la combustión de los combustibles fósiles y líquidos inflamables. b) Requieren de energía eléctrica o calor los procesos de electrólisis, por ejemplo la electrólisis del agua requiere de ácido sulfúrico y electrodos de Pb. CORROSIÓN DE LOS METALES.- A nivel industrial se trata de evitar, la oxidación de los metales inutiliza muchos artefactos y equipos.
  • 29. Procesos avanzados de oxidación para la descontaminación de aguas de diversos origenes • I: Las Tecnologías avanzadas de oxidación. (TAOs) Procesos no fotoquímicos Ozonización en medio alcalino (O3/OH-)Ozonización con peróxido de hidrógeno(O3/H2O2)Procesos Fenton (Fe2+/H2O2) y relacionados Oxidación electroquímica Radiólisis γ y tratamiento con haces de eˉ Plasma no térmico Descarga electrohidráulica – Ultrasonido • Procesos fotoquímicos Oxidación en agua sub/y supercrítica Procesos fotoquímicos Fotólisis del agua en el UV de vacío(UVV)UV/ H2O2, UV/O3Foto-Fenton y relacionadas Fotocatálisis heterogénea
  • 30. • II: Ventajas de las Tecnologías avanzadas de oxidación. • ● No sólo cambian de fase al contaminante (como ocurre en el arrastre con aire o en el tratamiento con C activado), sino que lo transforman químicamente. • ● Generalmente se consigue la mineralización completa (destrucción) del contaminante. En cambio, las tecnologías convencionales, que no emplean especies muy fuertemente oxidantes, no alcanzan a oxidar completamente la materia orgánica. • ● Usualmente no generan barros → requieren de un proceso de tratamiento y/o disposición. • ● Muy útiles para contaminantes refractarios que resisten otros métodos de tratamiento,principalmente el biológico
  • 31. • .● Sirven para tratar contaminantes a muy baja conc. (por ejemplo, ppb). • ● No se forman subproductos de reacción, o se forman en baja conc. • ● Son ideales para disminuir la conc. de compuestos formados por pretratamientos alternativos, como la desinfección. • ● Generalmente, mejoran las propiedades organolépticas del agua tratada. • ● En muchos casos, consumen mucha menos energía que otros métodos (por ejemplo, la incineración) • .● Permiten transformar contaminantes refractarios en productos tratables luego por métodos más económicos →tratamiento biológico. • ● Eliminan efectos sobre la salud de desinfectantes y oxidantes residuales como el cloro. •
  • 32. Potenciales redox de algunos oxidantes Especie Eº (V, 25°C) Flúor 3,03 Radical hidroxilo 2,80 Oxígeno atómico 2,42 Ozono 2,07 Peróxido de hidrógeno 1,78 Radical perhidroxilo 1,70 Permanganato 1,68 Dióxido de cloro 1,57 Ácido hipocloroso 1,49 Cloro 1,36 Bromo 1,09 Yodo 0,54
  • 33. Constantes de velocidad (k en L mol-1 s-1) del radical hidroxilo en comparación con el ozono para algunos compuestos orgánicos Compuesto HO O3 Alquenos clorados 109-1011 10-1-103 Fenoles 109-1010 103 Aromáticos 108-1010 1-102 Cetonas 109-1010 1 Alcoholes 108-109 10-2-1 Alcanos 106-109 10-2