Reacciones Redox

Una de las reacciones químicas más importantes, junto con las reacciones ácido-base, son las reacciones redox. En las reacciones redox, o reacciones de oxidación-reducción,  se produce un intercambio de electrones entre los componentes de la reacción. Para poder ver su importancia antes de analizar en qué consisten estas reacciones, vamos a ver en qué situaciones de nuestro día a día se están dando estas reacciones así como otras aplicaciones.

OXIDANTE Y REDUCTOR EN REACCIONES REDOX

Siempre que tenemos una reacción de oxidación-reducción vamos a tener un oxidante y un reductor.

OXIDANTE: El oxidante gana electrones, y por tanto se reduce. Uno de los principales oxidantes es el oxígeno, tiende a ganar electrones, oxidando por ejemplo los metales tal y como lo conocemos.
REDUCTOR: El reductor pierde electrones, y por tanto se oxida.

EJEMPLOS DE REACCIONES REDOX

Las reacciones redox están permanentemente presentes en nuestro día a día y por ello, el entender el proceso, te puede ayudar a entender el funcionamiento de muchos procesos naturales. Desde la obtención de calor del carbón, la oxidación del hierro que todos conocemos como hierro oxidado, el envecimiento de la piel, el motivo de que la comida se degrade..

EJEMPLO OBTENCIÓN DE CALOR DEL CARBÓN

(Aunque es una reacción Redox, las reacciones donde intervienen carbono e hidrógeno para dar calor, adquieren la nomenclatura de reacciones de combustión, pero el proceso que siguen estas reacciones es de oxidación-reducción)

C+O₂ –> CO₂ 

Esta sería la reacción que se produce al arder carbón. El carbono (0) se oxida a ión carbono C4+ y el oxígeno se reduce de la molécula O2, con estado de oxidación a ión oxígeno 2-. Esta molécula es conocida como dióxido de carbono. Esta reacción necesita una energía de activación pero una vez iniciada posteriormente la oxidación del carbono continúa desprendiendo CO2 y calor.

EJEMPLO OXIDACIÓN DE HIERRO

Vamos a ver un ejemplo de las reacciones que se producen con la oxidación de hierro, un hecho que todos hemos sufrido alguna vez

4Fe + 3O2 → 2Fe2O3

En cuanto el hierro se pone en contacto con el aire, comienza un proceso de oxidación, donde el oxígeno, O2, va a ganar 2 electrones (se va a reducir, actuando como oxidante del hierro) y el hierro los va a perder (se oxida), pasando de estado de oxidación 0 a Fe3+, formando el nuevo compuesto de óxido de hierro. Este proceso se acelera si se introduce el hierro en medio acuoso, y más cuanta más sal tenga el medio, ya que favorece la circulación de electrones (de ahí que en el agua de mar no haya pieza de hierro que se resista).

ELECTRONEGATIVIDAD

En una reacción redox, para saber quién se oxida y quién se reduce, es necesario saber cuál es el elemento más electronegativo. La electronegatividad se calcula con unas tablas, teniendo de referencia el hidrógeno. Ver tablas de electronegatividad.

EXPERIMENTOS CON REACCIONES QUÍMICAS REDOX

Las reacciones redox, suelen producir reacciones bastante violentas, por ello, al realizar los experimentos de reacciones químicas redox, es necesario saber bien lo que se está haciendo.

Grabar Chapa de Hierro (Redox entre Sulfato de Cobre y Hierro)

En este experimento vamos a hacer una aplicación práctica de lo que sería una reacción de oxidación-reducción, grabando una chapa de hierro.

Reacción entre Glicerina y Permanganato de Potasio

Reacción de exhibición entre la glicerina vegetal y el permanganato de potasio. En este caso el permanganato de potasio provoca que la glicerina se combustione de forma instantánea.

Carbonización de Azúcar con Ácido Sulfúrico

Este experimento es un experimento muy llamativo donde se puede ver una reacción de combustión del azúcar, producida por la deshidratación del mismo a través de la acción del ácido sulfúrico

Experimento Reacción del Metal Sodio en Agua

En este experimento se puede ver la reacción instantánea y violenta del sodio en agua.

Reacción REDOX Sulfato de Cobre y Hierro

Experimento de oxidación del sulfato de cobre con hierro. En esta reacción se oxidaría el hierro y se reduciría el cobre, depositando una capa de cobre sobre el hierro.

Producir Hidrógeno, H2, con Aluminio y HCl

Experimento únicamente de exhibición donde se puede producir gas hidrógeno, mezclando un ácido con metal. Sumo cuidado con el hidrógeno.

Pasta de dientes de elefante

En este experimento se va a descomponer el agua oxigenada, liberando una gran cantidad de oxígeno, que mezclado con jabón, hará que salga una gran cantidad de espuma.

Oxidación Peróxido de Hidrógeno con Permanganato de Potasio (Genio de la lámpara)

Espectacular experimento conocido como genio de la lámpara por la gran cantidad de humo que desprende de forma instantánea. Con agua oxigenada y permanganato.

Reacción REDOX – Sulfato de Cobre y Aluminio

En este experimento vamos a ver la oxidación del sulfato de cobre sobre aluminio. Es una forma de galvanizado del aluminio con cobre. Es un sencillo experimento donde se puede ver una reacción redox.

REACCIONES QUÍMICAS REDOX EN LA NATURALEZA

• La obtención de energía de la glucosa y grasas en los seres humanos. En general el metabolismo implica cientos de reacciones redox
• Cualquier reacción de combustión es una reacción química de reducción-oxidación, entre el carbono y el oxígeno.
• La obtención de algunos elementos se realiza reduciendo u oxidando la molécula donde se encuentran, por ejemplo la reducción de minerales para la obtención del aluminio o del hierro
• La pila galvánica, las pilas que conocemos para el funcionamiento de nuestros aparatos, obtiene energía eléctrica a partir de reacciones redox espontáneas que tienen lugar dentro de la misma.

QUÍMICA DE LAS REACCIONES REDOX

Una reacción de oxidación-reducción es una reacción química en la que se produce intercambio de electrones entre los átomos de los reactivos. Para entender los estados de oxidación y en qué circunstancias se producen los intercambios de electrones, es importante conocer en qué consiste el número de oxidación y el potencial de oxidación de cada uno de los elementos

El número de oxidación, o la valencia, nos va a dar la forma que se van a crear los enlaces entre los elementos. Por ejemplo el sodio, Na, con número de oxidación 1+, podrá crear un enlace con el Cloro, de número de oxidación 1-, formando el cloruro de sodio, NaCl, (la sal común que utilizamos en la mesa). Otro ejemplo sería el del hidrógeno con oxígeno, formando la molécula de agua H2O. En este caso al ser el número de oxidación del oxígeno 2-, y el del hidrógeno 1+, se necesitarán 2 átomos de hidrógeno con uno de oxígeno para poder compensar la carga eléctrica y crear una molécula neutra.

En algunas reacciones, cuando hay diferencia de potencial de oxidación entre los elementos, se da lugar a transferencia de electrones entre los elementos, oxidándose o reduciéndose. Los electrones pasan entonces de la sustancia que se oxida a la sustancia que se reduce, liberando energía.

Un ejemplo que conocemos todos sería el de oxidación del hierro, en presencia de oxígeno:

Fe+O2=>Fe2O3, óxido de hierro, que es la parte naranja que observamos en el hierro al oxidarse

En este caso se estaría produciendo una transferencia de electrones desde el Hierro al Oxigeno. Al necesitar estos electrones un canal por el que desplazarse, es por ello que al introducir el hierro en agua, el agua le está dando este canal (Siempre que no sea agua destilada, sino que sea agua iónica capaz de conducir la electricidad). En agua de mar se acelera todavía más este proceso por tener una concentración de sales, y por tanto una conductividad mucho mayor.

Las pilas electricas utilizan una reacción de oxidación-reducción para producir electricidad, siendo en muchas ocasiones utilizado el Sulfato de Cobre como solvente donde el cobre se reducirá de ión Cu2+ a Cobre Cu.

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Algunos videos que os ayudarán mejor a entender las reacciones químicas redox

BIBLIOGRAFÍA

https://amyd.quimica.unam.mx/pluginfile.php/5713/mod_resource/content/1/Cap%C3%ADtulo%2018%20%20R%C3%89DOX.pdf