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3° CT · Química
Transformaciones químicas · Oxidación y reducción

Números de oxidación y método ion-electrón

Te conviene dominar: Sustancias simples, iones y compuestos inorgánicos (2.° de Educación Media Superior (bachillerato))
Te conviene dominar: Ajuste de ecuaciones químicas (1.° de Educación Media Superior (bachillerato))

Cuando un trocito de cinc se disuelve en ácido clorhídrico, el gas que burbujea no aparece por magia: cada átomo de cinc entrega dos electrones que acaban en dos protones y forman hidrógeno. Contar esos electrones a ojo es agotador cuando la reacción tiene muchas especies. El método ion-electrón lo convierte en un procedimiento ordenado, en dos mitades que después se encajan. Vamos a verlo.

Números de oxidación

Si ponés una lámina de cobre brillante en una solución incolora 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 seguirle la pista a los electrones en cualquier compuesto?

Números de oxidación en el peróxido de bario y en el hidruro de calcio: excepciones del oxígeno (−1) y del hidrógeno (−1) BaO₂ (peróxido) Ba +2 O −1 O −1 CaH₂ (hidruro) Ca +2 H −1 H −1
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El concepto de número de oxidación presenta situaciones singulares en ciertos compuestos binarios como los peróxidos y los hidruros metálicos. A partir de las reglas…

El concepto de número de oxidación presenta situaciones singulares en ciertos compuestos binarios como los peróxidos y los hidruros metálicos. A partir de las reglas generales de asignación:

  1. a) Determiná el número de oxidación del oxígeno en el peróxido de bario, $\mathrm{BaO_2}$, y en el difluoruro de oxígeno, $\mathrm{OF_2}$.
  2. b) Determiná el número de oxidación del hidrógeno en el hidruro de calcio, $\mathrm{CaH_2}$, y en el agua, $\mathrm{H_2O}$. Justificá brevemente cada valor en función de las electronegatividades relativas de los elementos combinados.
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Oxidación, reducción y agentes

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Al introducir una lámina de cinc metálico en una disolución 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 disolución 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

Método ion-electrón en medio ácido

Si agregás unas gotas de permanganato violeta a sulfato de hierro(II) en medio de ácido sulfúrico, el color violeta desaparece al instante. Si intentás ajustar $\mathrm{MnO_4^- + Fe^{2+} \rightarrow Mn^{2+} + Fe^{3+}}$ a ojo, las masas y las cargas no cuadran a la vez. ¿Cómo se ajusta con rigor cuando el propio medio acuoso aporta reactivos?

Balance de átomos 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 ✓

Semiceldas y sentido del flujo de electrones

Las dos semirreacciones pueden ocurrir en recipientes separados, llamados semiceldas, unidos por un conductor externo (un cable) y por un puente salino. En una semicelda hay una especie que se oxida y en la otra una que se reduce. El electrodo donde ocurre la oxidación es el ánodo y el de la reducción es el cátodo. Los electrones salen de la semicelda donde se oxida algo, viajan por el cable y llegan a la semicelda donde se reduce algo: el flujo va siempre del ánodo al cátodo.

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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.
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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.…

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. Observá la disposición de las especies químicas y 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.
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Método ion-electrón en medio básico

Pasaje del ajuste ácido al básico: se agrega OH⁻ a ambos lados y cada H⁺ con OH⁻ forma agua … + n H⁺ + n e⁻ → … se suman n OH⁻ a los dos lados n H⁺ + n OH⁻ → n H₂O y se simplifica el agua repetida
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El gas cloro, $\mathrm{Cl_2(g)}$, burbujeado en una disolución acuosa diluida y fría de hidróxido de sodio, experimenta un proceso de dismutación o desproporción que…

El gas cloro, $\mathrm{Cl_2(g)}$, burbujeado en una disolución acuosa diluida y fría de hidróxido de sodio, experimenta un proceso de dismutación o desproporción que conduce a la formación de aniones cloruro, $\mathrm{Cl^-}$, y aniones hipoclorito, $\mathrm{ClO^-}$.

  1. a) Formulá y ajustá por el método del ion-electrón en medio básico las semirreacciones de oxidación y reducción independientes, indicando los reactivos y productos auxiliares ($\mathrm{H_2O}$ y $\mathrm{OH^-}$) y los electrones intercambiados.
  2. b) Deducí la ecuación iónica global neta balanceada y justificá cuantitativamente el concepto de dismutación a partir de los estados de oxidación del cloro.
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En disolución básica, el anión permanganato, $\mathrm{MnO_4^-}$, es capaz de oxidar al anión sulfito, $\mathrm{SO_3^{2-}}$, produciendo dióxido de manganeso sólido,…

En disolución básica, el anión permanganato, $\mathrm{MnO_4^-}$, es capaz de oxidar al anión sulfito, $\mathrm{SO_3^{2-}}$, produciendo dióxido de manganeso sólido, $\mathrm{MnO_2(s)}$, y anión sulfato, $\mathrm{SO_4^{2-}}$.

  1. a) Escribí y ajustá mediante el método del ion-electrón en medio básico las semirreacciones de oxidación y reducción, detallando el balance de átomos mediante $\mathrm{H_2O}$ y $\mathrm{OH^-}$, así como el de cargas con electrones.
  2. b) Obtené la ecuación iónica global neta y comprobá explícitamente que la carga total de los reactivos coincide con la de los productos.
Resolver

De la ecuación iónica a la molecular

En el estante del laboratorio no hay frascos rotulados «aniones permanganato», sino sales como $\mathrm{KMnO_4}$ y $\mathrm{FeSO_4}$. Si el método da una ecuación con iones, ¿cómo pasamos a las fórmulas de los reactivos reales?

Volviendo al principio: cada átomo de cinc entrega $2$ electrones a dos protones, y el método ion-electrón permite escribir esa contabilidad con rigor, mitad por mitad, en cualquier medio.

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Resumen

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