Saltar al contenido

Electroquímica

A-Level Química · Tema 6

Entrenar
Lección de video para este tema Abrir la página de video
6:34

Electroquímica y Redox

Dos trozos de hierro. Uno se está oxidando tranquilamente en una valla. El otro está dentro de una batería, empujando electrones a través de tu teléfono. Parecen completamente…

Narración en inglés · Subtítulos en inglés + 中文 quemados en pantalla

6.1

Número de oxidación

Syllabus
  1. calcular los números de oxidación de los elementos en compuestos e iones
  2. utilizar los cambios en los números de oxidación para ayudar a balancear ecuaciones químicas
  3. explicar y utilizar los términos redox, oxidación, reducción y dismutación en términos de transferencia de electrones y cambios en el número de oxidación
  4. explicar y utilizar los términos agente oxidante y agente reductor
  5. usar un numeral romano para indicar la magnitud del número de oxidación de un elemento

Fuente: Plan de estudios Cambridge International

El número de oxidación (también llamado estado de oxidación) indica cuántos electrones un átomo ha perdido o ganado en comparación con el elemento libre. Se calcula siguiendo reglas simples:

  • Un elemento no combinado tiene un número de oxidación de $0$.
  • Un ion simple tiene un número de oxidación igual a su carga (por ejemplo, $\text{Mg}^{2+}$ es $+2$).
  • El Grupo 1 siempre es $+1$, el Grupo 2 siempre es $+2$.
  • El hidrógeno es $+1$ (pero $-1$ en los hidruros metálicos).
  • El oxígeno es $-2$ (pero $-1$ en los peróxidos).
  • El flúor es siempre $-1$.
  • Los números de oxidación en un compuesto neutro suman $0$; en un ion, suman la carga.

Un numeral romano indica la magnitud del número de oxidación de un elemento; por ejemplo, hierro(II) significa $+2$ y manganeso(VII) en $\text{KMnO}_4$ significa $+7$.

Cálculo del número de oxidación del manganeso en KMnO4: el potasio es +1, los cuatro oxígenos dan -8, y como la suma debe ser cero, el manganeso debe ser +7
Asignación de un número de oxidación: fije los átomos conocidos (K = +1, O = −2 cada uno), luego use "la suma es cero" para encontrar el desconocido (Mn = +7)

Ejemplo resuelto. Encuentre el número de oxidación del azufre en el ion sulfato, $\text{SO}_4^{2-}$.

Cada oxígeno es $-2$, por lo que los cuatro oxígenos contribuyen con $4 \times (-2) = -8$. En un ion, los números suman la carga, aquí $-2$. Si el azufre es $x$:

$$x + (-8) = -2 \quad\Rightarrow\quad x = +6.$$

Ejemplo resuelto. Encuentre el número de oxidación del nitrógeno en el ion nitrato, $\text{NO}_3^-$.

$$x + 3 \times (-2) = -1 \quad\Rightarrow\quad x - 6 = -1 \quad\Rightarrow\quad x = +5.$$
Vocabulario Entrenar
Inglés Chino Pinyin
oxidation number/ˌɒksɪˈdeɪʃn ˈnʌmbə/ 氧化数 yǎng huà shù
electron/ɪˈlektrɒn/ 电子 diàn zi
oxidation/ˌɒksɪˈdeɪʃn/ 氧化 yǎng huà
6.1

Redox en términos de electrones

Varias pilas AA
Una pila utiliza reacciones redox para mover electrones a través de un circuito.

Una reacción redox es aquella en la que los electrones se mueven de una especie a otra.

  • La oxidación es la pérdida de electrones. El número de oxidación sube.
  • La reducción es la ganancia de electrones. El número de oxidación baja.

Un truco mnemotécnico útil es OIL RIG: Oxidation Is Loss (Pérdida), Reduction Is Gain (Ganancia).

La oxidación y la reducción siempre ocurren juntas, porque los electrones perdidos por una especie son ganados por otra. Esta transferencia de electrones es por lo que llamamos reacción redox.

Zinc perdiendo dos electrones para convertirse en Zn2+ mientras los iones de cobre los ganan para convertirse en cobre, con una flecha que muestra la transferencia de electrones
Redox es transferencia de electrones: el agente reductor pierde electrones (se oxida, número sube); el agente oxidante los gana (se reduce, número baja)
Explorar

Redox es transferencia de electrones

Paso a paso: el metal pierde (se oxida) y el no metal gana (se reduce); el número de oxidación aumenta para uno, disminuye para el otro.

Vocabulario Entrenar
Inglés Chino Pinyin
redox/rɪˈdɒks/ 氧化还原 yǎng huà huán yuán
reduction/rɪˈdʌkʃn/ 还原 huán yuán
electron transfer/ɪˈlektrɒn ˈtrænsfɜː/ 电子转移 diàn zi zhuǎn yí
6.1

Uso de números de oxidación para balancear ecuaciones

Los cambios en el número de oxidación le ayudan a balancear una ecuación redox:

  1. encuentre el elemento cuyo número de oxidación sube (se oxida) y el cuyo número baja (se reduce).
  2. el aumento total debe ser igual a la disminución total, porque cada electrón perdido es ganado en algún lugar.
  3. elija la proporción de las dos especies para que el aumento y la disminución coincidan, luego balancee el resto de la ecuación.
Hierro subiendo de +2 a +3 en uno y manganeso bajando de +7 a +2 en cinco, así que cinco hierros equilibran un permanganato
Balanceo de una ecuación redox: el aumento total en el número de oxidación debe ser igual a la disminución total, lo cual fija la proporción

Ejemplo resuelto. Balancee la reacción del manganato(VII) con hierro(II) en medio ácido: $\text{MnO}_4^- + \text{Fe}^{2+} + \text{H}^+ \rightarrow \text{Mn}^{2+} + \text{Fe}^{3+} + \text{H}_2\text{O}$.

El manganeso baja de $+7$ a $+2$ (una disminución de $5$); el hierro sube de $+2$ a $+3$ (un aumento de $1$). Para que la disminución total sea igual al aumento total, tome $5$ iones de hierro por cada $1$ ion de manganato. Luego balancee el oxígeno con agua ($4\,\text{H}_2\text{O}$) y el hidrógeno con $\text{H}^+$ ($8\,\text{H}^+$):

$$\text{MnO}_4^- + 5\text{Fe}^{2+} + 8\text{H}^+ \rightarrow \text{Mn}^{2+} + 5\text{Fe}^{3+} + 4\text{H}_2\text{O}.$$
6.1

Disproportionación

La disproportionación es una reacción redox especial en la cual el mismo elemento es oxidado y reducido simultáneamente. Por ejemplo, cuando el cloro reacciona con agua fría, algunos átomos de cloro se reducen (a $\text{Cl}^-$) y otros se oxidan (a $\text{ClO}^-$).

Línea de número de oxidación mostrando al cloro en 0 subiendo a +1 en ClO- y bajando a -1 en Cl-
Disproportionación: el cloro ($0$) es oxidado a ClO$^-$ ($+1$) and reduced to Cl$^-$ ($-1$) al mismo tiempo
Vocabulario Entrenar
Inglés Chino Pinyin
disproportionation/ˌdɪsprəˈpɔːʃəneɪʃn/ 歧化 qí huà
oxidising agent/ˈɒksɪdaɪzɪŋ ˈeɪdʒənt/ 氧化剂 yǎng huà jì
reducing agent/rɪˈdjuːsɪŋ ˈeɪdʒənt/ 还原剂 huán yuán jì
6.1

Agentes oxidantes y reductores

Óxido en una superficie de hierro
La oxidación del hierro por el oxígeno produce óxido.
  • Un agente oxidante extrae electrones de otra especie. Al hacerlo, se reduce él mismo.
  • Un agente reductor cede electrones a otra especie. Al hacerlo, se oxida él mismo.

Por lo tanto, en cualquier reacción redox, el agente oxidante causa la oxidación de la otra especie, mientras que el agente reductor causa la reducción.

6.1

Consejos para exámenes

  • Aplique las reglas del número de oxidación en orden: O es $-2$ excepto en peróxidos ($-1$); H es $+1$ excepto en hidruros metálicos ($-1$).
  • En una ecuación redox, el aumento total es igual a la disminución total del número de oxidación — use esto para fijar la proporción, luego balancee O con $\text{H}_2\text{O}$ y H con $\text{H}^+$.
  • Un agente oxidante se reduce él mismo; nombre tanto lo que se oxida/reduce como al agente para obtener la puntuación completa.
  • La disproportionación es el mismo elemento oxidado y reducido — muestre ambos cambios en el número de oxidación.

Lecciones interactivas sobre este tema

Trátalo paso a paso, con ejercicios de verificación instantánea.

Exámenes Anteriores

Más temas en A-Level Química

Iniciar sesión o crear cuenta

IGCSE, A-Level & AP