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Química (1S, Grado Biología, G12) UAM 2009/10 9. Reaccione de o!idaci"n#reducci"n
9. Reacciones oxidación-reducción9. Reacciones oxidación-reducción
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ContenidosContenidos
$ %once&'o ico.%once&'o ico.
* +'ado de o!idaci"n o!idaci"n - reducci"n emirreacci"n au'e+'ado de o!idaci"n o!idaci"n - reducci"n emirreacci"n au'ede reaccione redo! aloracione redo!de reaccione redo! aloracione redo!
$ +lec'rouímica.+lec'rouímica.
$ Serie elec'romo'ri emirreaccione - &o'enciale deSerie elec'romo'ri emirreaccione - &o'enciale deelec'rodo.elec'rodo.
$ A&licacione.A&licacione.
$ Reaccione e&on'nea &ila.Reaccione e&on'nea &ila.
$ 3uera elec'romo'ri - energía lire.3uera elec'romo'ri - energía lire.
$ +4ec'o de la concen'raci"n ore el ol'ae +cuaci"n de+4ec'o de la concen'raci"n ore el ol'ae +cuaci"n de5ern'.5ern'.
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Bibliografía recomendadaBibliografía recomendada
$ 6e'rucci Química General , 78 edici"n. R. . 6e'rucci, :. S. ar;ood,3. G. erring, (6ren'ice all, Madrid, 200.>, 21.1, 21.2, 21.
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Química (1S, Grado Biología, G12) UAM 2009/10 9. Reaccione de o!idaci"n#reducci"n
Conceptos básicosConceptos básicos
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Estado de oxidaciónEstado de oxidación
$ +'ado de o!idaci"n (o n?mero de o!idaci"n) de un 'omo en unamol@cula
* + un n?mero ue e le aigna - ue indica de modo a&ro!imado lae'ruc'ura elec'r"nica de ee 'omo en ea mol@cula
* Regla general de aignaci"n de e'ado de o!idaci"n (e.o.)
$ e imagina la i'uaci"n lími'e (no real) de ue lo elec'rone de un enlace ea-an 'ran4erido com&le'amen'e al 'omo m elec'ronega'io del enlace
$ el e'ado de o!idaci"n de cada 'omo e la carga ue 'iene 'ra e'a o&eraci"nmen'al
* e.o. &oi'io el 'omo &ierde 'o'al o &arcialmen'e elec'rone en la mol@culare&ec'o al 'omo ailado neu'ro
* e.o. nega'io el 'omo gana 'o'al o &arcialmen'e elec'rone en la mol@cula re&ec'oal 'omo ailado neu'ro
[Lectura !etrucci ".#$
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Estado de oxidaciónEstado de oxidación
$ Regla ica de aignaci"n de e'ado de o!idaci"n
* o e.o. de lo 'omo en u com&ue'o de de'erminan a&licando laregla iguien'e, en orden, a'a donde ea neceario
1. +l e.o. de un 'omo indiidual in cominar uímicamen'e con o'roelemen'o e 0
2. a uma de lo e.o. de 'odo lo 'omo de una mol@cula neu'ra e 0 lade 'odo lo 'omo de un i"n e la carga del i"n
. +n u com&ue'o, el e.o. del e C1
D. +n u com&ue'o, el e.o. del E e #2
F. +n u com&ue'o inario con me'ale, lo eleme'o del Gru&o 1F (3,
%l, ...) 'ienen e.o. #1, lo del Gru&o 1D (E, S, ...) 'ienen e.o. #2, - lodel Gru&o 1> (5, 6, ...) 'ienen e.o. #
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Estado de oxidaciónEstado de oxidación
+em&lo0
O
0
2O
1 7 2
4 K Mn O
+ + − 27
4 Mn O
−+
−
1 1
Na H
+ − 1 2
2 H O
+ − 1 1
2 2 H O
+ −1 2 1
Na O H
+ − +
13
4 N H
+−
+
1 2 1
3 H C F + + −4 1
4C F + −4 1
4C H − + 3 1
2 6C H − + 2 1
2 4C H − + 1 1
2 2C H − +
2 2
Fe O+ − 3 2
2 3 Fe O+ − 8/3 2
3 4 Fe O+ − 2 3
2 3 Fe O Fe O+ + × ÷
25
3 N O
−+
−
1 23 5
4 3 N H N O+ −− +
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%xidación& reducción%xidación& reducción' reacción de oxidación-reducción o redox' reacción de oxidación-reducción o redox
[Lectura !etrucci (.#$
3 2 2 2 0 4 2
2 3 23 2 3 Fe O C O Fe C O+ − + − + −
+ → +
gana elec'rone &ierde elec'rone Fe C - e reduce de C< a 0 - e o!ida de C2 a C=
e el o!idan'e e el reduc'orCO2 3 Fe O
e reduce a e o!ida aCO2 3 Fe O 2CO Fe
1 20 02
( ) ( ) ( ) ( )2 2 s ac ac sCu Ag Cu Ag + +
+ ++ → +
gana elec'rone &ierde elec'rone Ag Cu- e reduce de C1 a 0 - e o!ida de 0 a C2
e el o!idan'e e el reduc'orCu Ag +
e reduce a e o!ida aCu Ag + 2Cu + Ag
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%xidación& reducción%xidación& reducción' reacción de oxidación-reducción o redox' reacción de oxidación-reducción o redox
[Lectura !etrucci (.#$
1 12 1 0 1 1
2 R H NAD R H NAD H
+ +− + − ++ +
+ → + +gana elec'rone &ierde elec'rone NAD R- e reduce de C1 a #1 - e o!ida de #2 a 0
e el o!idan'e e el reduc'or2 RH NAD+
e reduce a e o!ida a2
RH NAD+ R NADH
NAD (coenima de 4unci"n me'a"lica) dinucle"'ido de nico'inamida#adenina
NAD+
4orma o!idada del NAD NADH 4orma reducida del NAD
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*+ustes de reacciones redox*+ustes de reacciones redox
$ M@'odo del i"n#elec'r"nM@'odo del i"n#elec'r"n1.1. ecom&oner lo com&ue'o en uecom&oner lo com&ue'o en u ioneione *lo ue e 4ormarían en*lo ue e 4ormarían en
dioluci"n acuoa#.dioluci"n acuoa#.2.2. Hden'i4icar elemen'o ue camian u n?mero de o!idaci"n - ecriirHden'i4icar elemen'o ue camian u n?mero de o!idaci"n - ecriir
emirreaccioneemirreaccione i"nica de o!idaci"n - de reducci"n.i"nica de o!idaci"n - de reducci"n.
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*+ustes de reacciones redox globales*+ustes de reacciones redox globales
+em&lo+em&lo
4 2 2 2 4 2 4 2 4 2KMnO H O H SO O MnSO K SO H O+ + → + + +
1. 2 2 2 24 2 2 4 2 4 4 2
K +MnO H O 2H +SO O Mn +SO 2K +SO H O+ − + − + − + −+ + → + + +
2C
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*+ustes de reacciones redox globales*+ustes de reacciones redox globales
>. + 24 2 2 2 2
2MnO 5H O 6H 5O 2Mn 8H O− ++ + → + +2 2
4 43SO 3SO
− −
→2K 2K + +→
2 2 2 2
4 2 2 4 2 4 4 22K +2MnO 5H O 6H +3SO 5O 2Mn +2SO 2K +SO 8H O+ − + − + − + −+ + → + + +
D. 4 2 2 2 4 2 4 2 4 22KMnO 5H O 3H SO 5O 2MnSO K SO 8H O+ + → + + +
[Recomendación !etrucci e+emplo (.,$
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aloraciones redoxaloraciones redox
$ e'erminaci"n de la concen'raci"n de un reac'io en una dioluci"ne'erminaci"n de la concen'raci"n de un reac'io en una dioluci"n&or medio de una reacci"n redo! (au'ada)&or medio de una reacci"n redo! (au'ada)
* +l &un'o de euialencia e de'ermina &or un camio ruco camio de+l &un'o de euialencia e de'ermina &or un camio ruco camio decolor, a&arici"n de &reci&i'ado, ...color, a&arici"n de &reci&i'ado, ...
* +em&lo Ialoraci"n redo! de MnE+em&lo Ialoraci"n redo! de MnE==## (&ermangana'o) con SE(&ermangana'o) con SE
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Química (1S, Grado Biología, G12) UAM 2009/10 9. Reaccione de o!idaci"n#reducci"n
ElectrouímicaElectrouímica
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)emic1lulas electrouímicas)emic1lulas electrouímicas
[Lectura !etrucci /0.0$
2( ) 2 2 sCu Ag Cu Ag + ++ → +
Ag e Ag
+ −+ →
2 2Cu Cu e+ −→ +
K6odemo e&arar la emirreaccione de o!idaci"n - de reducci"nL
o!idaci"nreducci"n
Cu Ag
2Cu + Ag +
3 NO−
3 NO−
0, 2 M 0,1 M
emic@lula emic@lula
elec'rodode
elec'rodode
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C1lulas electrouímicasC1lulas electrouímicas
[Lectura !etrucci /0.0$
2( ) 2 2 sCu Ag Cu Ag + ++ → +
Ag e Ag
+ −+ →
2 2Cu Cu e+ −→ +
Un in'rumen'o &ara e&arar la emirreaccione de o!idaci"n - de reducci"n enreci&ien'e di'in'o
o!idaci"n
reducci"n
Cu Ag
2Cu + Ag +
K +
3
NO−&uen'e alino
&o'enci"me'ro
2nodo
(o!idaci"n) → →C'odo
(reducci"n)
3 NO−
3 NO−
2(0, 2 )| M Cu Cu +
0, 2 M 0,1 M
(0, 1 ) | M Ag Ag +||
emic@lula emic@lula
e− e−
nodo c'odo
C0,=22 I
1 í
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C1lulas electrouímicasC1lulas electrouímicas
[Lectura !etrucci /0.0$
2 2( ) ( ) s s Zn Cu Zn Cu+ ++ → +
2 2Cu e Cu+ −
+ → 22 Zn Zn e+ −→ +o!idaci"n
reducci"n
Cu Zn
2Cu + 2 Zn +
K + Cl −
&uen'e alino
&o'enci"me'ro
¬ ¬
2
4SO − 2
4SO −
0, 2 M 0,3 M
emic@lula emic@lula
e−
e−
2 2( ) ( ) s sCu Zn Cu Zn+ ++ → +
#1,097 I
1 í1l l l í i
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C1lulas electrouímicasC1lulas electrouímicas
[Lectura !etrucci /0.0$
Zn Cu
2 Zn + 2Cu +
K +Cl −
&uen'e alino
&o'enci"me'ro
2nodo
(o!idaci"n) → →C'odo
(reducci"n)
2
4SO − 2
4SO −
2(0, 3 )| M Zn Zn +
0,3 M 0, 2 M
2(0, 2 ) | M Cu Cu+||
emic@lula emic@lula
e− e−
2 2( ) ( ) s s Zn Cu Zn Cu+ ++ → +
2 2Cu e Cu+ −+ →2 2 Zn Zn e+ −→ +o!idaci"n
reducci"n
nodo c'odo
C1,097 I
1l l l í iC1l l l t í i
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C1lulas electrouímicasC1lulas electrouímicas
+em&lo +l aluminio me'lico de&laa al ion inc(HH) de u diolucione acuoaa) +crie la emirreaccione de reducci"n - o!idaci"n - la ecuaci"n gloal.) K%ul e la no'aci"n de la c@lula elec'rouímica en la ue 'iene lugar ea
reacci"nL2 3
( ) ( ) ( ) ( ) s ac ac s Al Zn Al Zn+ ++ → +
2 2 Zn e Zn+ −+ →3
3 Al Al e+ −→ +o!idaci"n
reducci"n 3×
2×
2 32 3 2 3 Al Zn Al Zn+ ++ → +
3 2| || | Al Al Zn Zn+ +
gloal
c@lula elec'rouímica
3 2( ) ( ) ( ) ( )| || | s ac ac s Al Al Zn Zn+ +
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! t i l d l t d! t i l d l t d 3 l i i l43 l i i l4
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!otenciales de electrodo!otenciales de electrodo 3escala internacional43escala internacional4
$ +l ol'ae medido en una c@lula elec'rouímica e la di4erencia de&o'encial en're u elec'rodo, o 4uera elec'romo'ri 3+M.
* Una di4. de &o'encial de 1 I indica ue e realia un 'raao de 1 N &or cada 1 % decarga ue &aa &or el circui'o el@c'rico o ue a- umini'rar una energía de 1 N
&ara ue &ae 1 % de carga (eg?n el conenio de igno)
$ 6odríamo calcular 3+M de c@lula elec'rouímica i&o'@'ica i
conoci@emo lo &o'enciale de u elec'rodo, &or re'a.$ 5o e!i'e una ecala aolu'a de &o'enciale de elec'rodo.
$ Se de4ine una ecala ari'raria de &o'enciale de elec'rodo, &orconenio in'ernacional, &or medio de
1) aignar &o'encial cero a un elec'rodo concre'o, el elec'rodo e'ndar de
idr"geno, -2) elegir el igno de la 3+M de modo ue a ma-or alor del &o'encial ma-or
'endencia a reducire (&oder o!idan'e).
cel mayor menor E E E = −
! t i l d l t d!otenciales de elect odo 3 l i t i l43 l i t i l4
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!otenciales de electrodo!otenciales de electrodo 3escala internacional43escala internacional4
1) +lec'rodo de re4erencia
electrodo estándar de 5idrógeno 3EE64
2) (igno de lo) 6o'enciale de reducción
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!otenciales de electrodo!otenciales de electrodo 3escala internacional43escala internacional4
$ Un &o'encial de reducci"n O0 indica una ma-or ca&acidad &arareducire ue el ++
* en el elec'rodo ar una reducci"n - en el ++ una o!idaci"n* cuan'o m &oi'io el &o'encial de reducci"n, ma-or &oder o!idan'e
* cuan'o m arria en la ecala de &o'enciale de reducci"n, ma-or&oder o!idan'e
$ Un &o'encial de reducci"n P0 indica una menor ca&acidad &ara
reducire ue el ++* en el elec'rodo ar una o!idaci"n - en el ++ una reducci"n
* cuan'o m aao en la ecala de &o'enciale de reducci"n, menor &odero!idan'e, o ma-or &oder reduc'or
$ S"lo e 'aulan lo &o'enciale de elec'rodo en condicionee'ndar a 297
* potenciales estándar de electrodo& o de reducción& a /978
!otenciales de reducción a /978!otenciales de reducción a /978
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!otenciales de reducción a /978!otenciales de reducción a /978
2(0, 2 )| M Cu Cu +
2 ( ,1 ) (1 )| | g bar M Pt H H +
c'odo (reducci"n)
nodo (o!idaci"n)
0,31cel E V =
2
2 ( ,1 ) (1 ) (0, 2 )| | || | g bar M M Pt H H Cu Cu+ +
2(0, 2 )( | ) 0, 31 M E Cu Cu V + =
!reparación %bseración
Conclusión(no e 'aula)
28 K
Cu
2Cu +→
2
4SO −
0, 2 M
e− e−C0,
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!otenciales de reducción a /978!otenciales de reducción a /978
2(0, 2 )| M Cu Cu +
2 ( ,1 ) (1 )| | g bar M Pt H H +
c'odo (reducci"n)
nodo (o!idaci"n)
0,31cel E V =
2
2 ( ,1 ) (1 ) (0, 2 )| | || | g bar M M Pt H H Cu Cu+ +
2(0, 2 )( | ) 0, 31 M E Cu Cu V + =
!reparación %bseración
Conclusión(no e 'aula)
28 K
2(1 )| M Cu Cu +
2 ( ,1 ) (1 )| | g bar M Pt H H +
c'odo (reducci"n)
nodo (o!idaci"n)
2
2 ( ,1 ) (1 ) (1 )| | || | g bar M M Pt H H Cu Cu+ +
0 2
28 ( | ) 0, 340 E Cu Cu V +
=
Conclusión
(S+ ABUA)
28 K
(1 )| M Ag Ag +
2 ( ,1 ) (1 )| | g bar M Pt H H +
c'odo (reducci"n)
nodo (o!idaci"n) 2
( ,1 ) (1 ) (1 )| | || | g bar M M Pt H H Ag Ag + +
0
28 ( | ) 0,800 E Ag Ag V +
=
Conclusión(S+ ABUA)
28 K
0,340cel E V =
0,800cel E V =
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!otenciales estándar de reducción a /978!otenciales estándar de reducción a /978
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!otenciales estándar de reducción a /978!otenciales estándar de reducción a /978
p o d
e r
o x i d a n t e
( '
e n d e n c i a
a
r e d u c
i r e )
pode
rreduc
tor
( ' e n
d e n c i a
a
o ! i d a r e )
http://www.uam.es/departamentos/ciencias/quimica/aimp/luis/Docencia/QB/Otro_material/ Potenciales_estandar_reduccion.htm
!otenciales estándar de reducción a /978!otenciales estándar de reducción a /978
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!otenciales estándar de reducción a /978!otenciales estándar de reducción a /978
| Ag Ag + Ag e Ag + −+ →
0
28 / E V
0,800+2 |Cu Cu+ 2 2Cu e Cu+ −+ → 0,340+
2| H H + 2
22 2 H e H + −+ → 0
2| Zn Zn+ 2 2 Zn e Zn+ −+ → 0,763−
+lec'rodo Semirreacci"n de reducci"n
2 |Cl Cl
−2 2 2Cl e Cl
− −
+ → 1,358+
+. a a'ería de inc#cloro 'iene como reacci"n ne'a n()C%l2(g)→n%l2(ac). K%un'o ale elol'ae o 3+M de la &ila ol'aica e'ndar a 297L
0 1, 358 ( 0, 763 ) 2,121cel E V V V = + − − =
+. Semirreaccione, reacci"n gloal - ol'ae de la &ila e'ndar core#&la'a - core#inc a 297L
Ag e Ag + −+ →2 2Cu Cu e+ −→ + 2
×
22 2Cu Ag Cu Ag + ++ → +0 0,800 0, 340 0, 460cel E V V V = + − =
Red
E!
2
2Cu e Cu
+ −+ →2 2 Zn Zn e+ −→ +
2 2 Zn Cu Zn Cu+ ++ → +0 0, 340 ( 0, 763 ) 1,103cel E V V V = + − − =
Red
E!
http://www.uam.es/departamentos/ciencias/quimica/aimp/luis/Docencia/QB/Otro_material/Potenciales_estandar_reduccion.htmhttp://www.uam.es/departamentos/ciencias/quimica/aimp/luis/Docencia/QB/Otro_material/Potenciales_estandar_reduccion.htmhttp://www.uam.es/departamentos/ciencias/quimica/aimp/luis/Docencia/QB/Otro_material/Potenciales_estandar_reduccion.htmhttp://www.uam.es/departamentos/ciencias/quimica/aimp/luis/Docencia/QB/Otro_material/Potenciales_estandar_reduccion.htmhttp://www.uam.es/departamentos/ciencias/quimica/aimp/luis/Docencia/QB/Otro_material/Potenciales_estandar_reduccion.htmhttp://www.uam.es/departamentos/ciencias/quimica/aimp/luis/Docencia/QB/Otro_material/Potenciales_estandar_reduccion.htmhttp://www.uam.es/departamentos/ciencias/quimica/aimp/luis/Docencia/QB/Otro_material/Potenciales_estandar_reduccion.htmhttp://www.uam.es/departamentos/ciencias/quimica/aimp/luis/Docencia/QB/Otro_material/Potenciales_estandar_reduccion.htmhttp://www.uam.es/departamentos/ciencias/quimica/aimp/luis/Docencia/QB/Otro_material/Potenciales_estandar_reduccion.htmhttp://www.uam.es/departamentos/ciencias/quimica/aimp/luis/Docencia/QB/Otro_material/Potenciales_estandar_reduccion.htmhttp://www.uam.es/departamentos/ciencias/quimica/aimp/luis/Docencia/QB/Otro_material/Potenciales_estandar_reduccion.htmhttp://www.uam.es/departamentos/ciencias/quimica/aimp/luis/Docencia/QB/Otro_material/Potenciales_estandar_reduccion.htmhttp://www.uam.es/departamentos/ciencias/quimica/aimp/luis/Docencia/QB/Otro_material/Potenciales_estandar_reduccion.htm
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Relación ERelación E ll--::;;
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Relación ERelación Ecelcel ::;;
! ""# e el 'raao ue e &uede o'ener de un &roceo a 6 - con'an'e. (%uando la energía in'erna e conier'e en 'raao, e necearioconer'ir &ar'e de ella en calor.)
$ a carga ue circula &or una c@lula elec'rouímica en la ue e
'ran4ieren n mol de e", e$ +l 'raao el@c'rico ue realia una &ila e
$ uego
$ Reacci"n (a 6, c'e) espontánea i e decir, i
n F 1 6485 / F C mol e− =
elec cel # n F E =
cel $ n F E ∆ = − 0 0
cel $ n F E ∆ = −
0$∆ < 0cel E >
Si una reacci"n redo! 'iene E cel $0 en una condicione de concen'racione
- 'em&era'ura dada, e e&on'nea en ea condicione.
Si 'iene E cel %0, la reacci"n inera e e&on'nea en ea condicione.
Relación E
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Relación ERelación E celcel 88ee0 &n e%$ R& K ∆ = −
0 0
cel $ n F E ∆ = −0
&ncel e%nFE R& K − = −
0 &ncel e% R&
E K nF
=
0$∆ e% K
0
cel E
0 &n e%$ R& K ∆ = −
0 0
cel $ nFE ∆ = − 0
&ncel e% R&
E K nF
=
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Química (1S, Grado Biología, G12) UAM 2009/10 9. Reaccione de o!idaci"n#reducci"n
Efecto de lasEfecto de lasconcentracionesconcentraciones
sobre lossobre los
potencialespotenciales
Ecuación de =ernstEcuación de =ernst
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Ecuación de =ernstEcuación de =ernst
o ol'ae de la c@lula elec'rouímica de la dia&oi'ia 19 - 21 nocoinciden con la di4erencia en're lo &o'enciale de reducci"n e'ndar
(dia&.
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Ecuación de =ernst
o ol'ae de la c@lula elec'rouímica de la dia&oi'ia 19 - 21 nocoinciden con la di4erencia en're lo &o'enciale de reducci"n e'ndar
(dia&.2F) a 297.2
(0, 2 ) (0,1 )| || | M M Cu Cu Ag Ag + + ,28 0,422cel E V = + 0
,28 0,460cel E V = +
2 2(0, 3 ) (0, 2 )| || | M M Zn Zn Cu Cu+ + ,28 1,08cel E V = +
0
,28 1,103
cel E V = +
)a
)b
)a
)b
22 2Cu Ag Cu Ag + ++ → +
2 2 Zn Cu Zn Cu+ ++ → +
2
,28 2
0, 0256 [ ]0, 460 &n
2 [ ]cel
V Cu E V
Ag
+
+= −
2n =
2n =
2
0, 0256 0, 20, 460 &n
2 0,1
V V = −
0, 460 0, 038V V = −
2
,28 2
0, 0256 [ ]1,103 &n
2 [ ]cel
V Zn E V
Cu
+
+= −
0, 0256 0, 31,103 &n
2 0, 2
V V = −
1,103 0,005V V = −
0,422 V =
1,08 V =
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>undamento del p6-metro>undamento del p6-metro
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pp
2( ,1 ) g bar H
Pt
Zn
2 Zn +
2
4SO −
1 M
e− e−
cel E
cel E a b pH = + ×+n cualuier c@lula elec'rouímica en ue C in'erenga en unaemic@lula, el ol'ae aría linealmen'e con el & de dica emic@lula
?so del p6-metro?so del p6-metro
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pp
cel E a b pH = + ×
cel E
pH
04 Calibrado
o diolucionereguladora de & conocido
1 ,1, cel pH E
2 ,2, cel pH E
/4 @edida
,cel problema problema E pH →
1 pH
,1cel E
2 pH
,2cel E
,cel problema E
problema pH