Conceptos de oxidación y reducción en química

Considerada. Algunos muy conocidos son: amarillo de metilo: vira a pH ácido en el intervalo de pH 2-4 de rojo a amarillo; tornasol: vira desde un pH 6 a 8 transformando disoluciones rojas en azules; azul de bromotimol: su intervalo de viraje está en torno a la neutralidad, entre pH 6-7.6 pasando de amarillo a azul; fenolftaleina: vira a pH alcalinos desde un pH 8 hasta un pH 10 transformando disoluciones incoloras en disoluciones con colores rosados o violetas.

Conceptos de oxidación y reducción:

• Oxidación: proceso en el que una sustancia se combina con oxígeno y hay ganancia de oxígeno.
• Reducción: proceso inverso, proceso por el que una sustancia pierde oxígeno.

Concepto electrónico (actual):

• Oxidación: proceso en el que una especie pierde electrones / un átomo aumenta su número de oxidación.
• Reducción: proceso en el que una especie gana electrones / un átomo reduce su número de oxidación.

Una reacción redox se produce cuando hay una transferencia de electrones de una sustancia a otra (una cede electrones y otra los acepta). Habrá una semirreacción de oxidación y una semirreacción de reducción que tendrán lugar de forma simultánea, de manera que existirá una transferencia de e- desde la sustancia que se oxida hasta la que se reduce.

Sustancias oxidantes y sustancias reductoras:

El concepto actual de oxidación-reducción lleva implícito la existencia de pares redox: si una especie gana electrones y se reduce, otra debe perderlos y oxidarse. Oxidante: toda especie química que toma electrones de otra (se reduce). Tiene facilidad para oxidar a otras especies. Reductor: toda especie química que cede electrones a otra (se oxida). Tiene facilidad para reducir otras especies.

Número de oxidación o estado de oxidación de un átomo en un compuesto es un número teórico que indica el número de electrones que el átomo habría perdido o ganado, la carga que tendría, si el compuesto fuera completamente iónico y aplicando ciertas reglas. Su valor suele ser entero, aunque a veces puede ser fraccionario. El estado de oxidación tiene signo y según IUPAC cumple: el estado de oxidación en los átomos en estado fundamental o de un elemento libre (no combinado con otro) es cero. (Ejemplo Cl2) // Para un ion monoatómico, el estado de oxidación es igual a la carga del ion (ejemplo Cl-). /// El estado de oxidación del H es +1 en la mayoría de los compuestos, excepto -1 en los hidruros metálicos. /// El estado de oxidación del O es ///la suma algebraica de los estados de oxidación de los átomos de un compuesto iónico o molécula es su carga neta (si es neutro, suman cero). //El número de oxidación de los metales es positivo. /// El número de oxidación de los no metales puede ser positivo o negativo.

Las reacciones de oxidación-reducción (redox) son aquellas en las que hay transferencia de electrones (se puede ver cierto paralelismo con reacciones ácido-base con transferencia de protones).

Celdas electroquímicas - Celda electroquímica:

Dispositivo capaz de obtener energía eléctrica a partir de reacciones químicas (celdas galvánicas o voltaicas) o de producir reacciones químicas a partir de corrientes eléctricas (celda o cuba electrolítica).

Celda galvánica:

Dispositivo que obtiene energía eléctrica a partir de reacciones químicas redox espontáneas. Normalmente una celda está formada por 2 semiceldas cuyos electrodos se unen mediante un cable y cuyas disoluciones están en contacto mediante un puente salino.

Semicelda:

Estructura formada por un electrodo y un electrolito en el que se produce una reacción redox. Generalmente está formada por un electrodo metálico, M, sumergido en una disolución de sus iones, M^n+.

Puente salino:

Tubo de vidrio en forma de U lleno de un gel de un electrolito que no influya en la reacción de la celda. Los extremos del tubo se tapan con discos porosos, lo que permite una libre difusión de iones, minimizando la mezcla de las disoluciones interior y exterior del puente.

Electrolito (o electrólito):

Sustancia que contiene iones libres y que es conductora de la electricidad. Es habitual que sean iones en disolución, pero también puede ser una sustancia iónica fundida.

Electrodo:

Conductor que se halla sumergido en una disolución acuosa de una de sus sales. Conductor que se utiliza para hacer contacto eléctrico con el electrolito.

• Ánodo: electrodo en el que se produce la oxidación.
• Cátodo: electrodo en el que se produce la reducción.

Regla mnemotécnica para asociar "ánodo con oxidación y cátodo con reducción: "vocal con vocal y consonante con consonante.

Pila y batería:

Se suelen asociar a dispositivos que producen cierto voltaje, que puede estar formado por una única celda o una combinación de varias celdas. El término pila se asocia a celdas primarias (las identidades de cátodo y ánodo son fijas, no se pueden invertir) y el término batería a las celdas secundarias (son recargables, y las identidades de cátodo y ánodo varían según esté en carga o descarga).

Pila Daniell:

El nombre de la pila es en honor a su inventor J.F. Daniell. Es la más sencilla de las celdas electroquímicas. Formada por 2 semiceldas, un puente salino y un conductor que cierra el circuito.

• Ánodo (oxidación): Zn en disolución de ZnSO4. Semirreacción de oxidación: Zn (s) → Zn2+ (aq) + 2e-
• Cátodo (reducción): Cu en disolución de CuSO4. Semirreacción de reducción: Cu2+ (aq) + 2e- → Cu (s)

Puente salino: dispositivo que conecta ambas semiceldas y las mantiene eléctricamente neutras para que no acumulen carga que detendría sus reacciones (mantiene el contacto eléctrico entre las 2 disoluciones evitando el contacto físico). Suelen ser un tubo de cristal que tienen un electrolito relativamente inerte (disolución de NaCl, KCl, KI o Na2SO4) que conduce la electricidad mediante el movimiento de iones. El puente salino impide la mezcla de los electrolitos de las semiceldas con algodón en los extremos del tubo.

El potencial de electrodo es el potencial de una celda electroquímica formada por el electrodo en cuestión que actúa como cátodo, y el electrodo estándar o normal de hidrógeno (ESH o ENH) actúa como ánodo.

Serie electroquímica:

Una vez se tiene una referencia de potencial con electrodo de hidrógeno, se puede establecer una escala.