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5° Economía · Introducción a la Química
Transformaciones químicas · Oxidación y reducción

Números de oxidación y método ion-electrón

Te conviene dominar: Ajuste de ecuaciones químicas (4° año de la Escuela Secundaria (Ciclo Superior))

Valentina deja una lámina de cinc en un vaso con ácido muriático (ácido clorhídrico) y ve que sale un burbujeo de hidrógeno. Cada átomo de cinc entrega dos electrones que terminan en protones. Contar esos electrones a ojo es difícil cuando la reacción es más compleja. Los números de oxidación y el método ion-electrón lo convierten en un procedimiento ordenado.

Números de oxidación

Si ponés una lámina de cobre en una solución de nitrato de plata, el líquido se vuelve azul y sobre el metal crecen agujas de plata. Hubo intercambio de electrones sin cables a la vista. ¿Cómo seguirles la pista en cualquier compuesto?

Números de oxidación en el peróxido de bario y el hidruro de calcio, excepciones de oxígeno (−1) e hidrógeno (−1) BaO₂ (peróxido) Ba +2 O −1 O −1 CaH₂ (hidruro) Ca +2 H −1 H −1
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Al introducir una lámina de cinc metálico en una solución acuosa de ácido clorhídrico, se produce un vivo burbujeo de hidrógeno gaseoso según el siguiente proceso:…

Al introducir una lámina de cinc metálico en una solución acuosa de ácido clorhídrico, se produce un vivo burbujeo de hidrógeno gaseoso según el siguiente proceso:

$$\mathrm{Zn(s) + 2\,HCl(aq) \rightarrow ZnCl_2(aq) + H_2(g)}$$
  1. a) Calculá el número de oxidación de todos los átomos en reactivos y productos.
  2. b) Identificá la especie que se oxida, la que se reduce, el agente oxidante y el agente reductor, razonando la respuesta en términos de transferencia de electrones.
Resolver

Oxidación, reducción y agentes

Método ion-electrón en medio ácido

Al echar unas gotas de permanganato violeta sobre sulfato de hierro(II) acidificado, el color violeta desaparece. Si probás balancear $\mathrm{MnO_4^- + Fe^{2+} \rightarrow Mn^{2+} + Fe^{3+}}$ a ojo, la masa y la carga no cierran a la vez. ¿Cómo se balancea con rigor?

Balance de masa y de carga en las semirreacciones del ion nitrato y del catión estaño(II) NO₃⁻ + 4 H⁺ + 3 e⁻ → NO + 2 H₂O masa: 1 N, 3 O, 4 H en cada lado — carga: (−1+4−3) = 0 = 0 ✓ Sn²⁺ → Sn⁴⁺ + 2 e⁻ masa: 1 Sn en cada lado — carga: +2 = (+4−2) ✓
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En medio acuoso ácido, el ion nitrato puede transformarse en monóxido de nitrógeno, mientras que el ion estaño(II) puede pasar a estaño(IV). a) Escribí y ajustá la…

En medio acuoso ácido, el ion nitrato puede transformarse en monóxido de nitrógeno, mientras que el ion estaño(II) puede pasar a estaño(IV).

  1. a) Escribí y ajustá la semirreacción de reducción del ion nitrato, $\mathrm{NO_3^-(aq)}$, a monóxido de nitrógeno, $\mathrm{NO(g)}$, en medio ácido, indicando el número de electrones transferidos.
  2. b) Escribí la semirreacción de oxidación del catión $\mathrm{Sn^{2+}(aq)}$ a $\mathrm{Sn^{4+}(aq)}$ y comprobá para ambas semirreacciones el balance simultáneo de masa y de carga eléctrica.
Resolver

Flujo de electrones entre dos semiceldas

Si la oxidación y la reducción ocurren en recipientes separados unidos por un cable, los electrones no pasan directamente de una especie a la otra: viajan por el circuito. En el electrodo donde ocurre la oxidación (el ánodo) la especie pierde electrones y los envía al cable. En el electrodo donde ocurre la reducción (el cátodo) los electrones llegan y son captados. Por eso el flujo de electrones va siempre del ánodo al cátodo por el circuito externo.

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El esquema siguiente ilustra el flujo de electrones que tiene lugar de forma espontánea cuando dos semiceldas redox interactúan a través de un circuito conductor. Fijate…

El esquema siguiente ilustra el flujo de electrones que tiene lugar de forma espontánea cuando dos semiceldas redox interactúan a través de un circuito conductor. Fijate en la disposición de las especies químicas y en la dirección del flujo electrónico:

Semicelda izquierda Zn (s) Zn²⁺ (aq) Semicelda derecha Cu (s) Cu²⁺ (aq) ? e−
  1. a) Escribí las semirreacciones ajustadas de oxidación y de reducción, deduciendo el valor numérico que debe sustituir al signo de interrogación en la cantidad de electrones transferidos, y formulá la ecuación iónica global neta.
  2. b) Asigná de forma justificada el rol de agente oxidante y agente reductor a partir de las variaciones experimentadas en los números de oxidación.
Resolver

Método ion-electrón en medio básico

Neutralización de los protones con iones hidróxido para pasar del balanceo ácido al medio básico ... + n H⁺ + n e⁻ → ... + n OH⁻ a los dos lados n H⁺ + n OH⁻ → n H₂O (se simplifica con el agua presente)

De la ecuación iónica a la molecular

En el laboratorio no hay frascos que digan «aniones permanganato», sino sales como $\mathrm{KMnO_4}$ y $\mathrm{FeSO_4}$. ¿Cómo pasamos del balance iónico a las fórmulas de los reactivos reales?

Vuelta al principio: en el cinc con ácido, el cinc cede $2\,\mathrm{e^-}$ ($\mathrm{Zn \rightarrow Zn^{2+} + 2\,e^-}$) y los protones los toman ($\mathrm{2\,H^+ + 2\,e^- \rightarrow H_2}$): las dos semirreacciones suman la reacción completa.

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Resumen

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