Reacciones Redox

Números de Oxidación

• Elementos sin combinar: 0
• Alcalinos (IA): +1
• Alcalinotérreos (IIA): +2
• H + Metal: -1
• H + No metal: +1
• Óxido: -2
• Peróxido (H₂O₂, Na₂O₂, BaO₂, CaO₂, Li₂O₂): -1
• Oxácidos (HClO, HClO₂, HClO₃, HClO₄, H₂SO₂, H₂SO₃, HNO₂, HNO₃, H₂CO₃, H₂MnO₄): Se calcula según los elementos que lo componen.

Agentes Oxidantes y Reductores

• Agente oxidante: Se reduce, es decir, gana electrones.
• Agente reductor: Se oxida, es decir, cede electrones.

La Pila Daniell

Funcionamiento de la Celda con Electrodo de Zinc

En la pila Daniell, la celda que contiene el electrodo de zinc en contacto con una solución acuosa de sulfato de zinc experimenta una reacción de oxidación. El electrodo de zinc actúa como ánodo, perdiendo electrones y transformándose en iones de zinc que pasan a la solución.

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

Función del Puente Salino

El puente salino mantiene la neutralidad eléctrica en ambas celdas. A medida que los iones de zinc pasan a la solución en el ánodo, se genera una carga positiva. En la otra celda (con el electrodo de cobre), se genera una carga negativa. El puente salino permite el paso de iones (generalmente cloruro o nitrato) para neutralizar estas cargas y mantener el circuito eléctrico cerrado.

Iones que se Neutralizan

En la celda de zinc, los iones cloruro (o nitrato) del puente salino migran hacia la celda para neutralizar la carga positiva generada por los iones Zn²⁺.

Obtención de Ácido Clorhídrico en la Industria Cloro-Álcali

En la industria cloro-álcali, se obtiene ácido clorhídrico a partir de la electrólisis de una solución acuosa de cloruro de sodio (salmuera). En los electrodos, se forma gas cloro (Cl₂) en uno y gas hidrógeno (H₂) en el otro. Estos gases se combinan para formar cloruro de hidrógeno gaseoso, que luego se disuelve en agua, obteniendo así ácido clorhídrico.

Productos Obtenidos en la Industria Cloro-Álcali

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

Electrólisis del Agua

Obtención de Hidrógeno

En la electrólisis del agua, el hidrógeno se obtiene en el cátodo. El cátodo, al ser el electrodo negativo, atrae a los iones positivos (cationes) presentes en la solución, en este caso, los iones de hidrógeno (H⁺). En el cátodo, los iones de hidrógeno ganan electrones y se convierten en moléculas de hidrógeno gaseoso (H₂).

Ecuación química: 2H⁺(aq) + 2e^– → H₂(g)

Identificación de Reacciones Redox

• Oxidación: Un elemento aumenta su número de oxidación (la sustancia se oxida).
• Reducción: Un elemento disminuye su número de oxidación (la sustancia se reduce).

Ejemplos

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

Conceptos de Electroquímica

Tipos de Procesos

1. Reacciones químicas que generan energía eléctrica: En una pila o batería, la transferencia espontánea de electrones entre un elemento que tiende a perderlos y otro que tiende a recibirlos genera una corriente eléctrica.
2. Uso de electricidad para producir reacciones químicas: La electrólisis utiliza energía eléctrica para forzar reacciones químicas no espontáneas, permitiendo la obtención de diversas sustancias.

Pilas

El proceso de transferencia de electrones espontánea, si se conduce adecuadamente, puede producir energía eléctrica. John Daniell fue el primer científico en producir una pila en 1836, separando dos sistemas que contenían iones y haciendo circular los electrones a través de un conductor.

Industria Cloro-Álcali

Se denomina así al proceso de electrólisis de la salmuera para la obtención de cloro, hidrógeno e hidróxido de sodio.

• Cationes (+): Se dirigen al cátodo (-).
• Aniones (-): Se dirigen al ánodo (+).

Extracción de Aluminio a partir de la Bauxita

La bauxita es un mineral que contiene óxido de aluminio y se utiliza para la extracción de aluminio. El proceso consta de los siguientes pasos:

1. Eliminación de impurezas: Se agrega hidróxido de sodio a la bauxita para eliminar las impurezas de hierro.
2. Reducción del punto de fusión: Se agrega criolita para disminuir el punto de fusión de la mezcla de aproximadamente 2000°C a cerca de 1000°C, reduciendo así el gasto de energía.