Tema 9 Conceptos b ´asicos Electroqu´ımica Potenciales de Electrodo Ecel, ∆G y Keq Concentraci ´on/Voltaje Referencias
Introducci ´on
Tema 9: Reacciones de oxidaci ´on-reducci ´on
Procesos qu´ımicos en los que hay un intercambio de electrones.
Procesos homog ´eneos (reacciones redox) Procesos heterog ´eneos (electrodos)
Cambio qu´ımicos causados por una corriente el ´ectrica y
producci ´on de energ´ıa el ´ectrica por medio de reacciones qu´ımicas.
Seg ´un la definici ´on anterior tenemos dos tipos de c ´elulas:
C ´elulas galv ´anicas o voltaicas:
Reacc. qu´ımicas (espont ´anea) =⇒ Corriente electr.
C ´elulas electrol´ıticas:
Corriente electr. =⇒ Reac. qu´ımicas (no espont ´anea).
A.Aguado/J.San Fabi ´an, Departamento de Qu´ımica F´ısica Aplicada, Universidad Aut ´onoma de Madrid Qu´ımica F´ısica Aplicada, UAM
Tema 9 Conceptos b ´asicos Electroqu´ımica Potenciales de Electrodo Ecel, ∆G y Keq Concentraci ´on/Voltaje Referencias
Tema 9: Reacciones de oxidaci ´on-reducci ´on
Conceptos b ´asicos:
Estado de oxidaci ´on o n ´umero de oxidaci ´on Oxidaci ´on y reducci ´on
Semirreacci ´on
Ajuste de reacciones redox.
Valoraciones redox.
Electroqu´ımica.
Serie electromotriz: semirreacciones y potenciales de electrodo.
Tipos de electrodos.
Efecto de la concentraci ´on sobre el voltaje: Ecuaci ´on de Nernst.
A.Aguado/J.San Fabi ´an, Departamento de Qu´ımica F´ısica Aplicada, Universidad Aut ´onoma de Madrid Qu´ımica F´ısica Aplicada, UAM
Tema 9 Conceptos b ´asicos Electroqu´ımica Potenciales de Electrodo Ecel, ∆G y Keq Concentraci ´on/Voltaje Referencias
Estado de oxidaci ´on
Estado de oxidaci ´on (o n ´umero de oxidaci ´on) de un ´atomo en un ion o mol ´ecula es un n ´umero que se le asigna y que indica de modo aproximado la estructura electr ´onica de ese ´atomo en esa mol ´ecula.
Regla general de asignaci ´on de estados de oxidaci ´on (e.o.):
Se imagina la situaci ´on l´ımite (no real) de que los electrones de un enlace se hayan transferido completamente al ´atomo m ´as
electronegativo del enlace.
El estado de oxidaci ´on de cada ´atomo es la carga que tiene tras esta operaci ´on mental.
e.o. positivo: el ´atomo pierde total o parcialmente electrones en la mol ´ecula respecto al ´atomo aislado neutro.
e.o. negativo: el ´atomo gana total o parcialmente electrones en la mol ´ecula respecto al ´atomo aislado neutro.
A.Aguado/J.San Fabi ´an, Departamento de Qu´ımica F´ısica Aplicada, Universidad Aut ´onoma de Madrid Qu´ımica F´ısica Aplicada, UAM
Tema 9 Conceptos b ´asicos Electroqu´ımica Potenciales de Electrodo Ecel, ∆G y Keq Concentraci ´on/Voltaje Referencias
Reglas b ´asicas de asignaci ´on de estados de oxidaci ´on
Los e.o. de los ´atomos en sus compuestos de determinan aplicando las reglas siguientes, en orden, hasta donde sea necesario:
1
El e.o. de un ´atomo individual sin combinar qu´ımicamente con otros elementos es 0.
2
La suma de los e.o. de todos los ´atomos de una mol ´ecula neutra es 0; la de todos los ´atomos de un i ´on es la carga del i ´on.
3
En sus compuestos, los metales alcalinos (Grupo 1) tienen e.o.
+1 y los alcalinot ´erreos (Grupo 2) tienen e.o. +2.
4
En sus compuestos, el e.o. del F es -1.
5
En sus compuestos, el e.o. del H es +1.
6
En sus compuestos, el e.o. del O es -2.
7 En sus compuestos binarios con metales, los elementos del Grupo 17 (F, Cl, ...) tienen e.o. -1, los del Grupo 16 (O, S, ...) tienen e.o. -2, y los del Grupo 15 (N, P, ...) tienen e.o. -3.
A.Aguado/J.San Fabi ´an, Departamento de Qu´ımica F´ısica Aplicada, Universidad Aut ´onoma de Madrid Qu´ımica F´ısica Aplicada, UAM
Tema 9 Conceptos b ´asicos Electroqu´ımica Potenciales de Electrodo Ecel, ∆G y Keq Concentraci ´on/Voltaje Referencias
Sistema Peri ´odico
http://www.acienciasgalilei.com/qui/tablaperiodica0- completa.htm
A.Aguado/J.San Fabi ´an, Departamento de Qu´ımica F´ısica Aplicada, Universidad Aut ´onoma de Madrid Qu´ımica F´ısica Aplicada, UAM
Tema 9 Conceptos b ´asicos Electroqu´ımica Potenciales de Electrodo Ecel, ∆G y Keq Concentraci ´on/Voltaje Referencias
Estado de oxidaci ´on (ejemplos)
O
→
0
O
O2
→
0
O2
NaH
→
+1
Na
−1
H
NaOH
→
+1
Na
−2
O
+1
H
H2O
→
+1
H2
−2
O
H2O2
→
+1
H2
−1
O2
CH4
→
−4
C
+1
H4
C2H6
→
−3
C2
+1
H6
C2H4
→
−2
C2
+1
H4
C2H2
→
−1
C2
+1
H2
CF4
→
+4
C
−1
F4
HCF3
→
+1
H
+2
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F3
KMnO4
→
+1
K
+7
Mn
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O4
MnO−4
→
+7
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O−4
NH+4
→
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N
+1
H+4
NO−3
→
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−2
O−3
FeO
→
+2
Fe
−2
O
Fe2O3
→
+3
Fe2
−2
O3
Fe3O4
→
+ 83
Fe3
−2
O4 ⇒ FeO · Fe2O3→
+2
Fe
−2
O ·
+3
Fe2
−2
O3
NH4NO3
→
−3
N
+1
H4
+5
N
−2
O3
A.Aguado/J.San Fabi ´an, Departamento de Qu´ımica F´ısica Aplicada, Universidad Aut ´onoma de Madrid Qu´ımica F´ısica Aplicada, UAM
Tema 9 Conceptos b ´asicos Electroqu´ımica Potenciales de Electrodo Ecel, ∆G y Keq Concentraci ´on/Voltaje Referencias
Estado de oxidaci ´on (ejemplos)
O →
0
O O2
→
0
O2
NaH
→
+1
Na
−1
H
NaOH
→
+1
Na
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H2O
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H2
−2
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→
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−1
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→
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H4
C2H6
→
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H6
C2H4
→
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C2
+1
H4
C2H2
→
−1
C2
+1
H2
CF4
→
+4
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−1
F4
HCF3
→
+1
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KMnO4
→
+1
K
+7
Mn
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O4
MnO−4
→
+7
Mn
−2
O−4
NH+4
→
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N
+1
H+4
NO−3
→
+5
N
−2
O−3
FeO
→
+2
Fe
−2
O
Fe2O3
→
+3
Fe2
−2
O3
Fe3O4
→
+ 83
Fe3
−2
O4 ⇒ FeO · Fe2O3→
+2
Fe
−2
O ·
+3
Fe2
−2
O3
NH4NO3
→
−3
N
+1
H4
+5
N
−2
O3
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Estado de oxidaci ´on (ejemplos)
O →
0
O O2→
0
O2 NaH
→
+1
Na
−1
H
NaOH
→
+1
Na
−2
O
+1
H
H2O
→
+1
H2
−2
O
H2O2
→
+1
H2
−1
O2
CH4
→
−4
C
+1
H4
C2H6
→
−3
C2
+1
H6
C2H4
→
−2
C2
+1
H4
C2H2
→
−1
C2
+1
H2
CF4
→
+4
C
−1
F4
HCF3
→
+1
H
+2
C
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F3
KMnO4
→
+1
K
+7
Mn
−2
O4
MnO−4
→
+7
Mn
−2
O−4
NH+4
→
−3
N
+1
H+4
NO−3
→
+5
N
−2
O−3
FeO
→
+2
Fe
−2
O
Fe2O3
→
+3
Fe2
−2
O3
Fe3O4
→
+ 83
Fe3
−2
O4 ⇒ FeO · Fe2O3→
+2
Fe
−2
O ·
+3
Fe2
−2
O3
NH4NO3
→
−3
N
+1
H4
+5
N
−2
O3
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Estado de oxidaci ´on (ejemplos)
O →
0
O O2→
0
O2 NaH →
+1
Na
−1
H NaOH
→
+1
Na
−2
O
+1
H
H2O
→
+1
H2
−2
O
H2O2
→
+1
H2
−1
O2
CH4
→
−4
C
+1
H4
C2H6
→
−3
C2
+1
H6
C2H4
→
−2
C2
+1
H4
C2H2
→
−1
C2
+1
H2
CF4
→
+4
C
−1
F4
HCF3
→
+1
H
+2
C
−1
F3
KMnO4
→
+1
K
+7
Mn
−2
O4
MnO−4
→
+7
Mn
−2
O−4
NH+4
→
−3
N
+1
H+4
NO−3
→
+5
N
−2
O−3
FeO
→
+2
Fe
−2
O
Fe2O3
→
+3
Fe2
−2
O3
Fe3O4
→
+ 83
Fe3
−2
O4 ⇒ FeO · Fe2O3→
+2
Fe
−2
O ·
+3
Fe2
−2
O3
NH4NO3
→
−3
N
+1
H4
+5
N
−2
O3
A.Aguado/J.San Fabi ´an, Departamento de Qu´ımica F´ısica Aplicada, Universidad Aut ´onoma de Madrid Qu´ımica F´ısica Aplicada, UAM
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Estado de oxidaci ´on (ejemplos)
O →
0
O O2→
0
O2 NaH →
+1
Na
−1
H NaOH →
+1
Na
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O
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−2
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H2O2
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−1
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→
−4
C
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H4
C2H6
→
−3
C2
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H6
C2H4
→
−2
C2
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H4
C2H2
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−1
C2
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H2
CF4
→
+4
C
−1
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HCF3
→
+1
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+2
C
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KMnO4
→
+1
K
+7
Mn
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O4
MnO−4
→
+7
Mn
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NH+4
→
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N
+1
H+4
NO−3
→
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N
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O−3
FeO
→
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Fe
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O
Fe2O3
→
+3
Fe2
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O3
Fe3O4
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+ 83
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O4 ⇒ FeO · Fe2O3→
+2
Fe
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O ·
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Fe2
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NH4NO3
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N
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H4
+5
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O3
A.Aguado/J.San Fabi ´an, Departamento de Qu´ımica F´ısica Aplicada, Universidad Aut ´onoma de Madrid Qu´ımica F´ısica Aplicada, UAM
Tema 9 Conceptos b ´asicos Electroqu´ımica Potenciales de Electrodo Ecel, ∆G y Keq Concentraci ´on/Voltaje Referencias
Estado de oxidaci ´on (ejemplos)
O →
0
O O2→
0
O2 NaH →
+1
Na
−1
H NaOH →
+1
Na
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C2H4
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CF4
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→
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MnO−4
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NO−3
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FeO
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O
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→
+3
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O4 ⇒ FeO · Fe2O3→
+2
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NH4NO3
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N
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H4
+5
N
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O3
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Estado de oxidaci ´on (ejemplos)
O →
0
O O2→
0
O2 NaH →
+1
Na
−1
H NaOH →
+1
Na
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O
+1
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H2
−2
O H2O2→
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−1
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C2H6
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C2H4
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C2H2
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C2
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CF4
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KMnO4
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MnO−4
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O4 ⇒ FeO · Fe2O3→
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N
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+5
N
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O3
A.Aguado/J.San Fabi ´an, Departamento de Qu´ımica F´ısica Aplicada, Universidad Aut ´onoma de Madrid Qu´ımica F´ısica Aplicada, UAM
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Estado de oxidaci ´on (ejemplos)
O →
0
O O2→
0
O2 NaH →
+1
Na
−1
H NaOH →
+1
Na
−2
O
+1
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+1
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−2
O H2O2→
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C2H4
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CF4
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A.Aguado/J.San Fabi ´an, Departamento de Qu´ımica F´ısica Aplicada, Universidad Aut ´onoma de Madrid Qu´ımica F´ısica Aplicada, UAM
Tema 9 Conceptos b ´asicos Electroqu´ımica Potenciales de Electrodo Ecel, ∆G y Keq Concentraci ´on/Voltaje Referencias
Estado de oxidaci ´on (ejemplos)
O →
0
O O2→
0
O2 NaH →
+1
Na
−1
H NaOH →
+1
Na
−2
O
+1
H H2O →
+1
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−2
O H2O2→
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H4 C2H6→
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CF4
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+4
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KMnO4
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O4
MnO−4
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NH+4
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NO−3
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O4 ⇒ FeO · Fe2O3→
+2
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+5
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−2
O3
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Estado de oxidaci ´on (ejemplos)
O →
0
O O2→
0
O2 NaH →
+1
Na
−1
H NaOH →
+1
Na
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NH+4
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N
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Estado de oxidaci ´on (ejemplos)
O →
0
O O2→
0
O2 NaH →
+1
Na
−1
H NaOH →
+1
Na
−2
O
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H H2O →
+1
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O H2O2→
+1
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−4
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H4 C2H6→
−3
C2
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H6 C2H4→
−2
C2
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H4
C2H2→
−1
C2
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H2 CF4
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+4
C
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F4
HCF3
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+1
H
+2
C
−1
F3
KMnO4
→
+1
K
+7
Mn
−2
O4
MnO−4
→
+7
Mn
−2
O−4
NH+4
→
−3
N
+1
H+4
NO−3
→
+5
N
−2
O−3
FeO
→
+2
Fe
−2
O
Fe2O3
→
+3
Fe2
−2
O3
Fe3O4
→
+ 83
Fe3
−2
O4 ⇒ FeO · Fe2O3→
+2
Fe
−2
O ·
+3
Fe2
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O3
NH4NO3
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Estado de oxidaci ´on (ejemplos)
O →
0
O O2→
0
O2 NaH →
+1
Na
−1
H NaOH →
+1
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H H2O →
+1
H2
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O H2O2→
+1
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O2 CH4→
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H4 C2H6→
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+1
H6 C2H4→
−2
C2
+1
H4
C2H2→
−1
C2
+1
H2 CF4→
+4
C
−1
F4 HCF3
→
+1
H
+2
C
−1
F3
KMnO4
→
+1
K
+7
Mn
−2
O4
MnO−4
→
+7
Mn
−2
O−4
NH+4
→
−3
N
+1
H+4
NO−3
→
+5
N
−2
O−3
FeO
→
+2
Fe
−2
O
Fe2O3
→
+3
Fe2
−2
O3
Fe3O4
→
+ 83
Fe3
−2
O4 ⇒ FeO · Fe2O3→
+2
Fe
−2
O ·
+3
Fe2
−2
O3
NH4NO3
→
−3
N
+1
H4
+5
N
−2
O3
A.Aguado/J.San Fabi ´an, Departamento de Qu´ımica F´ısica Aplicada, Universidad Aut ´onoma de Madrid Qu´ımica F´ısica Aplicada, UAM
Tema 9 Conceptos b ´asicos Electroqu´ımica Potenciales de Electrodo Ecel, ∆G y Keq Concentraci ´on/Voltaje Referencias
Estado de oxidaci ´on (ejemplos)
O →
0
O O2→
0
O2 NaH →
+1
Na
−1
H NaOH →
+1
Na
−2
O
+1
H H2O →
+1
H2
−2
O H2O2→
+1
H2
−1
O2 CH4→
−4
C
+1
H4 C2H6→
−3
C2
+1
H6 C2H4→
−2
C2
+1
H4
C2H2→
−1
C2
+1
H2 CF4→
+4
C
−1
F4 HCF3→
+1
H
+2
C
−1
F3
KMnO4
→
+1
K
+7
Mn
−2
O4
MnO−4
→
+7
Mn
−2
O−4
NH+4
→
−3
N
+1
H+4
NO−3
→
+5
N
−2
O−3
FeO
→
+2
Fe
−2
O
Fe2O3
→
+3
Fe2
−2
O3
Fe3O4
→
+ 83
Fe3
−2
O4 ⇒ FeO · Fe2O3→
+2
Fe
−2
O ·
+3
Fe2
−2
O3
NH4NO3
→
−3
N
+1
H4
+5
N
−2
O3
A.Aguado/J.San Fabi ´an, Departamento de Qu´ımica F´ısica Aplicada, Universidad Aut ´onoma de Madrid Qu´ımica F´ısica Aplicada, UAM
Tema 9 Conceptos b ´asicos Electroqu´ımica Potenciales de Electrodo Ecel, ∆G y Keq Concentraci ´on/Voltaje Referencias
Estado de oxidaci ´on (ejemplos)
O →
0
O O2→
0
O2 NaH →
+1
Na
−1
H NaOH →
+1
Na
−2
O
+1
H H2O →
+1
H2
−2
O H2O2→
+1
H2
−1
O2 CH4→
−4
C
+1
H4 C2H6→
−3
C2
+1
H6 C2H4→
−2
C2
+1
H4
C2H2→
−1
C2
+1
H2 CF4→
+4
C
−1
F4 HCF3→
+1
H
+2
C
−1
F3
KMnO4→
+1
K
+7
Mn
−2
O4 MnO−4
→
+7
Mn
−2
O−4
NH+4
→
−3
N
+1
H+4
NO−3
→
+5
N
−2
O−3
FeO
→
+2
Fe
−2
O
Fe2O3
→
+3
Fe2
−2
O3
Fe3O4
→
+ 83
Fe3
−2
O4 ⇒ FeO · Fe2O3→
+2
Fe
−2
O ·
+3
Fe2
−2
O3
NH4NO3
→
−3
N
+1
H4
+5
N
−2
O3
A.Aguado/J.San Fabi ´an, Departamento de Qu´ımica F´ısica Aplicada, Universidad Aut ´onoma de Madrid Qu´ımica F´ısica Aplicada, UAM
Tema 9 Conceptos b ´asicos Electroqu´ımica Potenciales de Electrodo Ecel, ∆G y Keq Concentraci ´on/Voltaje Referencias
Estado de oxidaci ´on (ejemplos)
O →
0
O O2→
0
O2 NaH →
+1
Na
−1
H NaOH →
+1
Na
−2
O
+1
H H2O →
+1
H2
−2
O H2O2→
+1
H2
−1
O2 CH4→
−4
C
+1
H4 C2H6→
−3
C2
+1
H6 C2H4→
−2
C2
+1
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C2H2→
−1
C2
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+4
C
−1
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+1
H
+2
C
−1
F3
KMnO4→
+1
K
+7
Mn
−2
O4 MnO−4 →
+7
Mn
−2
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→
−3
N
+1
H+4
NO−3
→
+5
N
−2
O−3
FeO
→
+2
Fe
−2
O
Fe2O3
→
+3
Fe2
−2
O3
Fe3O4
→
+ 83
Fe3
−2
O4 ⇒ FeO · Fe2O3→
+2
Fe
−2
O ·
+3
Fe2
−2
O3
NH4NO3
→
−3
N
+1
H4
+5
N
−2
O3
A.Aguado/J.San Fabi ´an, Departamento de Qu´ımica F´ısica Aplicada, Universidad Aut ´onoma de Madrid Qu´ımica F´ısica Aplicada, UAM
Tema 9 Conceptos b ´asicos Electroqu´ımica Potenciales de Electrodo Ecel, ∆G y Keq Concentraci ´on/Voltaje Referencias
Estado de oxidaci ´on (ejemplos)
O →
0
O O2→
0
O2 NaH →
+1
Na
−1
H NaOH →
+1
Na
−2
O
+1
H H2O →
+1
H2
−2
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H2
−1
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−4
C
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−3
C2
+1
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−2
C2
+1
H4
C2H2→
−1
C2
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H2 CF4→
+4
C
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+1
H
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C
−1
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KMnO4→
+1
K
+7
Mn
−2
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+7
Mn
−2
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−3
N
+1
H+4 NO−3
→
+5
N
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O−3
FeO
→
+2
Fe
−2
O
Fe2O3
→
+3
Fe2
−2
O3
Fe3O4
→
+ 83
Fe3
−2
O4 ⇒ FeO · Fe2O3→
+2
Fe
−2
O ·
+3
Fe2
−2
O3
NH4NO3
→
−3
N
+1
H4
+5
N
−2
O3
A.Aguado/J.San Fabi ´an, Departamento de Qu´ımica F´ısica Aplicada, Universidad Aut ´onoma de Madrid Qu´ımica F´ısica Aplicada, UAM
Tema 9 Conceptos b ´asicos Electroqu´ımica Potenciales de Electrodo Ecel, ∆G y Keq Concentraci ´on/Voltaje Referencias
Estado de oxidaci ´on (ejemplos)
O →
0
O O2→
0
O2 NaH →
+1
Na
−1
H NaOH →
+1
Na
−2
O
+1
H H2O →
+1
H2
−2
O H2O2→
+1
H2
−1
O2 CH4→
−4
C
+1
H4 C2H6→
−3
C2
+1
H6 C2H4→
−2
C2
+1
H4
C2H2→
−1
C2
+1
H2 CF4→
+4
C
−1
F4 HCF3→
+1
H
+2
C
−1
F3
KMnO4→
+1
K
+7
Mn
−2
O4 MnO−4 →
+7
Mn
−2
O−4 NH+4 →
−3
N
+1
H+4 NO−3 →
+5
N
−2
O−3 FeO
→
+2
Fe
−2
O
Fe2O3
→
+3
Fe2
−2
O3
Fe3O4
→
+ 83
Fe3
−2
O4 ⇒ FeO · Fe2O3→
+2
Fe
−2
O ·
+3
Fe2
−2
O3
NH4NO3
→
−3
N
+1
H4
+5
N
−2
O3
A.Aguado/J.San Fabi ´an, Departamento de Qu´ımica F´ısica Aplicada, Universidad Aut ´onoma de Madrid Qu´ımica F´ısica Aplicada, UAM
Tema 9 Conceptos b ´asicos Electroqu´ımica Potenciales de Electrodo Ecel, ∆G y Keq Concentraci ´on/Voltaje Referencias
Estado de oxidaci ´on (ejemplos)
O →
0
O O2→
0
O2 NaH →
+1
Na
−1
H NaOH →
+1
Na
−2
O
+1
H H2O →
+1
H2
−2
O H2O2→
+1
H2
−1
O2 CH4→
−4
C
+1
H4 C2H6→
−3
C2
+1
H6 C2H4→
−2
C2
+1
H4
C2H2→
−1
C2
+1
H2 CF4→
+4
C
−1
F4 HCF3→
+1
H
+2
C
−1
F3
KMnO4→
+1
K
+7
Mn
−2
O4 MnO−4 →
+7
Mn
−2
O−4 NH+4 →
−3
N
+1
H+4 NO−3 →
+5
N
−2
O−3 FeO →
+2
Fe
−2
O Fe2O3
→
+3
Fe2
−2
O3
Fe3O4
→
+ 83
Fe3
−2
O4 ⇒ FeO · Fe2O3→
+2
Fe
−2
O ·
+3
Fe2
−2
O3
NH4NO3
→
−3
N
+1
H4
+5
N
−2
O3
A.Aguado/J.San Fabi ´an, Departamento de Qu´ımica F´ısica Aplicada, Universidad Aut ´onoma de Madrid Qu´ımica F´ısica Aplicada, UAM
