Conceptos Fundamentales de Óxido-Reducción (Redox)

Número de Oxidación (N°Ox):

• Elementos sin combinar: 0
• Alcalinos (IA): +1
• Alcalinotérreos (IIA): +2
• Hidrógeno con metal (H+metal): -1
• Hidrógeno con no metal (H+no metal): +1
• Óxido: -2
• Peróxido (H₂O₂, Na₂O₂, BaO₂, CaO₂, Li₂O₂): -1

Ejemplos de Oxácidos: HClO, HClO₂, HClO₃, HClO₄, H₂SO₂, H₂SO₃, HNO₂, HNO₃, H₂CO₃, H₂MnO₄.

Agente Oxidante: Se reduce, es decir, gana electrones.

Agente Reductor: Se oxida, es decir, cede electrones.

Pilas Electroquímicas: La Pila Daniell

La pila Daniell ejemplifica lo que ocurre en una celda electroquímica. En esta celda, un electrodo de zinc (Zn) está en contacto con una solución acuosa de sulfato de zinc (ZnSO₄), y un electrodo de cobre (Cu) está en contacto con una solución de sulfato de cobre (CuSO₄).

Semirreacción en el Ánodo (Zinc): Zn(s) → Zn²⁺(ac) + 2e^– (Oxidación)

Función del Puente Salino: Su función principal es mantener la neutralidad eléctrica. A medida que los iones Zn²⁺ pasan a la solución en el ánodo, se genera una carga positiva en esa celda. Simultáneamente, en la celda de cobre, se genera una carga negativa. El puente salino permite el paso de iones (generalmente cloruro, Cl^–, o nitrato, NO₃^–) para neutralizar estas cargas y mantener el circuito eléctrico cerrado.

Iones a Neutralizar: En la celda de zinc, los iones cloruro (o nitrato) del puente salino migran hacia la celda para neutralizar la carga positiva de los iones Zn²⁺. En otras celdas, se pueden formar gases como cloro (Cl₂) e hidrógeno (H₂). Estos gases pueden combinarse para formar cloruro de hidrógeno (HCl) gaseoso, que luego se disuelve en agua, obteniendo así ácido clorhídrico (HCl).

Producción Industrial de Ácido Clorhídrico

Electrólisis de la Salmuera (Industria Cloroalcali)

Al someter una solución acuosa de cloruro de sodio (NaCl, salmuera) a electrólisis, se producen los siguientes productos principales:

• Gas cloro (Cl₂) en el ánodo (oxidación).
• Gas hidrógeno (H₂) en el cátodo (reducción).
• Hidróxido de sodio (NaOH) en la solución.

El gas cloro (Cl₂) obtenido en el ánodo se hace reaccionar con el gas hidrógeno (H₂) proveniente del cátodo en condiciones controladas. La reacción forma cloruro de hidrógeno (HCl) gaseoso, que posteriormente se disuelve en agua para obtener ácido clorhídrico (HCl):

Cl₂(g) + H₂(g) → 2HCl(g)

HCl(g) + H₂O(l) → H₃O⁺(ac) + Cl^–(ac) (Ácido clorhídrico en solución acuosa)

Subproductos de la Industria Cloroalcali:

• Hidróxido de sodio (NaOH): Utilizado en la fabricación de jabones, papel, productos de limpieza, etc.
• Cloro (Cl₂): Fabricación de plásticos, productos químicos y desinfectantes.
• Hidrógeno (H₂): Utilizado en la producción de amoníaco, como combustible y en la hidrogenación de grasas.

Electrólisis del Agua

Obtención de Hidrógeno en la Electrólisis del Agua: En la electrólisis del agua, el hidrógeno se obtiene en el cátodo (electrodo negativo), ya que este atrae a los iones positivos (cationes) presentes en la solución, en este caso, los iones hidrógeno (H⁺).

Ecuación en el Cátodo: 2H⁺(ac) + 2e^– → H₂(g)

Reacciones de Óxido-Reducción: Identificación

Identificación de Reacciones Redox: Para determinar si una ecuación corresponde a una reacción de óxido-reducción, se debe verificar si hay cambios en los números de oxidación de los elementos involucrados.

Ejemplos:

• 2Al₂O₃ → 4Al + 3O₂
  • El oxígeno se oxida (aumenta su número de oxidación de -2 a 0).
  • El aluminio se reduce (disminuye su número de oxidación de +3 a 0).
  • Sustancia oxidante: Al₂O₃.
  • Sustancia reductora: Al₂O₃.
• 2CoF₃ + 2NaBr → 2CoF₂ + Br₂ + 2NaF
  • El bromo se oxida (aumenta su número de oxidación de -1 a 0).
  • El cobalto se reduce (disminuye su número de oxidación de +3 a +2).
  • Sustancia oxidante: CoF₃.
  • Sustancia reductora: NaBr.

Electrólisis de Fluoruro Niqueloso (NiF₂)

Electrólisis de Sales Fundidas: En el estado sólido, las sales tienen una estructura cristalina rígida en la que los iones no pueden moverse libremente. Al fundir la sal, los iones (como Ni²⁺ y F^– en sales como NiF₂) quedan libres para moverse, lo que permite que se realice el flujo de corriente eléctrica necesario para la electrólisis.

Sustancias Obtenidas en el Ánodo: En el ánodo (electrodo positivo) ocurre la oxidación. En la electrólisis de una sal de níquel como NiF₂, los iones fluoruro (F^–) presentes en la sal fundida se oxidan, liberando gas flúor (F₂).

Ecuación en el Ánodo: 2F^– → F₂ + 2e^–

Tipo de Proceso en el Ánodo: En el ánodo ocurre un proceso de oxidación, que es la pérdida de electrones por parte de los iones para formar el gas flúor (F₂).