Reacciones Redox: Fundamentos, Tipos y Aplicaciones Electroquímicas

Reacciones Redox: Fundamentos y Aplicaciones

Características de las Reacciones Redox

Las reacciones redox pueden ser:

• Espontáneas: como la oxidación de un metal.
• No espontáneas: como el galvanizado de joyas.
• Lentas: como la oxidación de una manzana.
• Rápidas: como la combustión.

Definición de Reacción Redox

Las reacciones redox son reacciones químicas en donde ocurre un proceso de oxidación y reducción de manera simultánea, implicando una transferencia de electrones.

Oxidación

La oxidación ocurre cuando un átomo o grupo de átomos pierde electrones, aumentando su número de oxidación.

Reducción

La reducción ocurre cuando un átomo o grupo de átomos gana electrones, disminuyendo su número de oxidación.

El proceso de óxido-reducción es una transferencia de electrones desde la sustancia que se oxida a la que se reduce. Ambos procesos ocurren simultáneamente.

Agentes Redox

• Agente reductor: sustancia que cede o pierde electrones, oxidándose.
• Agente oxidante: sustancia que gana o capta electrones, reduciéndose.

La transferencia ocurre desde el agente reductor al agente oxidante.

Número de Oxidación

El número de oxidación es la carga eléctrica del átomo en un compuesto. Permite conocer cuáles elementos se han oxidado o se han reducido. Una ecuación es redox si hay cambio en el número de oxidación de los elementos que participan en ella.

Reglas para Asignar el Número de Oxidación

1. En estado natural o no combinado, es cero.
2. En el H, es +1 excepto en los hidruros metálicos (LiH, CaH, que es -1).
3. En O, es -2, excepto en peróxidos como H₂O₂, que es -1.
4. En un ion monoatómico, es igual a su carga eléctrica.
5. La suma de los números de oxidación de todos los átomos de un compuesto neutro es cero.
6. La suma de los números de oxidación de todos los átomos en un ion es igual a la carga del ion.
7. Se asignará un número de oxidación negativo al elemento más electronegativo.

Cómo Verificar si una Reacción es Redox

1. Determine los números de oxidación de todos los átomos.
2. Observe solo los que cambian y escriba la reacción iónica neta.
3. Una vez que determinó si era o no reacción redox, establezca: las semirreacciones y los agentes reductores y oxidantes.

Balance de Reacciones Redox: Método Ion-Electrón

Este método se puede aplicar en medio acuoso del tipo ácido o básico y es el más empleado.

Celdas Electroquímicas

Las celdas electroquímicas son dispositivos que producen reacciones redox que utilizan o generan energía eléctrica. Se clasifican en: celdas galvánicas y celdas electrolíticas.

Celdas Galvánicas

También llamadas voltaicas o pilas, producen energía mediante la energía liberada de una reacción redox espontánea (energía química a energía eléctrica). Las celdas galvánicas generan electricidad, convirtiendo el cambio de energía libre disponible para generar un trabajo (ΔG) de la reacción espontánea en energía cinética de los electrones.

Delta G: Energía Libre de Gibbs

ΔG = energía total (ΔH) + energía no usada (T ΔS).

Luigi Galvani

Médico y físico italiano. En 1780, descubre que el contacto de dos metales diferentes con el músculo de una rana produce electricidad.

Alessandro Volta

Físico italiano que inventó la primera pila eléctrica, la cual llevó su nombre en 1800.

Estructura de una Celda Galvánica

Están formadas por dos compartimentos (semiceldas) o mitades de celda electroquímicas donde ocurren semirreacciones. Cada semicelda contiene un electrodo sumergido en una solución iónica.

Electrodo

Barra de C o metal que se introduce en una solución y que es capaz de conducir corriente eléctrica entre la celda y el entorno. Cada semicelda está conectada por un circuito externo que conduce los electrones generados por el ánodo. La corriente fluye desde el electrodo ánodo (-) al electrodo cátodo (+). (Ánodo: oxidación. Cátodo: reducción).

Puente Salino

Las semiceldas contienen un puente salino que cierra el circuito eléctrico. Tiene tres funciones:

• Permitir el contacto eléctrico entre las dos soluciones.
• Evitar la mezcla entre las soluciones.
• Mantener la neutralidad eléctrica en cada semicelda.

Potencial de Celda

En la celda galvánica se genera electricidad debido a la reacción espontánea. Esto genera corriente eléctrica (flujo de electrones) que fluye de ánodo (-) a cátodo (+), producto de la diferencia de voltaje o potencial eléctrico entre los dos electrodos de la celda. Esta diferencia se conoce como potencial de celda (energía de celda) o fuerza electromotriz (fem). Cada uno de los electrodos tiene un potencial determinado.