PRACTICA 2. REACCIONES DE OXIDO REDUCCIN (REDOX)

OBJETIVO

Observar la gran diversidad de reacciones de xido-reduccin e identificar que

sustancia o elemento se oxida y cual se reduce.

INTRODUCCIN

Los procesos electroqumicos son reacciones redox (reduccin-oxidacin). Una

reaccin redox tiene lugar entre dos especies qumicas cuando uno o ms

electrones se transfieren de una a otra, siendo independientes una de la otra antes

y despus de la transferencia electrnica.

El estado de oxidacin permite determinar lo que ocurre con los electrones en reacciones de este tipo asignando cargas a los diversos tomos de un compuesto. En ocasiones estas cargas son aparentes. Por ejemplo, en un compuesto inico binario los iones tienen cargas que se identifican fcilmente: en el cloruro desodio, el sodio es + 1 y el cloro es -1; en el xido de magnesio el oxgeno es -2 y el magnesio es+2; y as sucesivamente. En estos compuestos inicos binarios los estados de oxidacin son simplemente las cargas de los iones. En un elemento puro todos los tomos son neutros. La oxidacin es un aumento del estado de oxidacin (prdida de electrones); la reduccin es una disminucin del estado de oxidacin (ganancia de electrones). Un agente oxidante acepta electrones y el agente reductor dona electrones. La oxidacin y la reduccin siempre se efectan de manera simultnea.

Cuando se efecta una reaccin de xido-reduccin con los reactivos en la misma

solucin, los electrones se transfieren de manera directa, lo cual no permite

obtener trabajo til. Sin embargo al separar la sustancia oxidante de la reductora

de maneraque los electrones tengan que pasar a travs de un alambre de una a la

otra, la energa qumica se transforma en energa elctrica. El proceso opuesto en

el cual la energa elctrica se emplea para producir cambios qumicos se

denomina electrlisis.

La corrosin es la oxidacin de metales para formar xidos y sulfuros. Algunos metales como el aluminio forman un recubrimiento protector delgado de xido en su superficie que evita que la corrosin contine. La corrosin del hierro se evita mediante recubrimientos (como pintura), mediante aleaciones y por proteccin catdica.

MATERIALES

Cantidad Material Reactivos

1 Tela de asbesto Glicerina

1 Gotero Permanganato de potasio

1 Mortero con pistilo Sulfato de cobre (II), 1 M

1 Esptula Nitrato de plata

1 Crisol Hidrxido de sodio

1 Moneda de cobre Zinc en polvo

1 Clavo de hierro Tartrato de sodio y potasio, 1 M

1 Figura de cobre Agua oxigenada

1 Matraz aforado de 25 mL Dicromato de amonio

1 Mechero Nitrito de sodio (NaNO2)

1 Agitador magntico cido sulfrico

1 Parrilla elctrica Cinta de magnesio

1 Soporte universal

1 Pinzas

1 Termmetro

1 Vaso de precipitado de 600 mL

5 Vasos de precipitado de 50 mL

1 Probeta de 100 mL

1 Probeta de 50 mL

1 Matraz Erlenmeyer de 500 mL

PARTE EXPERIMENTAL

Experimento 1: Convirtiendo cobre en oro

En este caso vamos a formar una aleacin, la cual es una mezcla homognea de

dos o ms metales (y excepcionalmente algn no metal) con caractersticas y

propiedades metlicas superiores a la de los metales que la conforman en su

estado puro; como ejemplo tenemos al bronce. Este es un experimento muy

interesante en l se pretende convertir el metal base en oro, el que fue uno de los

mayores retos de los alquimistas.

Materiales: Una cpsula para evaporar, una moneda de cobre, zinc en polvo, una

solucin de hidrxido de sodio 6 M (24 g/100 cm3).

Procedimiento:

1.-Coloque 5 gramos de Zinc, en polvo o en viruta, en la cpsula y aada 25 mL

de la solucin de NaOH 6 M y caliente con el mechero.

2.- Deje enfriar y aada la moneda de cobre que ha sido previamente pulida (para

eliminar los xidos superficiales). La moneda debe estar en contacto con el Zinc

por 2 o 3 minutos.

3.- Con una pinza remueva la moneda de la cpsula y lvela con abundante agua

y squela suave y cuidadosamente, ya que si lo hace muy fuerte puede eliminar

la fina cubierta. Usando nuevamente unas tenazas coloque la moneda a la llama

hasta que se torne color oro. Enfre y lave la moneda con agua.

Experimento 2: Figuras de plata

Otro experimento muy interesante es el que resulta de colocar una lmina de

cobre en una solucin de nitrato de plata. Si a esta lmina le das diferentes formas

puedes obtener un bello diseo con unos cristales espectaculares, la parte

interesante de este experimento radica en las reacciones que ocurren. La plata es

reducida en el cobre y forma los cristales de plata.

Experimento 3: Cobrizado de clavo

Procedimiento:

En un vaso precipitado haz una solucin saturada de sulfato de cobre e introduce

un clavo de hierro durante cinco minutos. Describe la reaccin que ha ocurrido.

Experimento 4: Reaccin de Tartrato, sulfato de cobre y agua oxigenada

Procedimiento:

Monte el sistema mostrado en la figura 1 Coloque en el vaso de precipitado de 600

mL la disolucin de tartrato de sodio y potasio, 40 mL de agua oxigenada y 20

gotas de la disolucin de sulfato de cobre. Anote los cambios de temperatura.

Cuando la solucin tomo un color rojo intenso, permita que la mezcla se enfre

hasta unos 55 C. Cuando la solucin este a 55 C aada 14 mL de agua

oxigenada, espere unos minuto, cuando la solucin se torna nuevamente roja

aada unos mililitros de agua oxigenada.

La secuencia puede repetirse aadiendo agua oxigenada. Cuantos ms cambios

se hagan, los colores son menos definidos, hasta que a pesar de aadir el agua

oxigenada ya no se producen cambios.

Experimento 5: Reaccin de descomposicin

Procedimiento

En una placa de asbesto coloque una pequea cantidad de dicromato de amonio

((NH4)2Cr2O7), en forma de cono invertido. Queme el slido con un cerillo hasta

que inicie la reaccin.

Experimento 6: Reaccin del permanganato de potasio

Procedimiento:

a) Coloque en un tubo de ensaye 4 gotas de solucin de permanganato de potasio

al 4%(KMnO4); aada dos gotas de cido sulfrico 1:10 (V/V) (H2SO4). Caliente y

agregue gota a gota una solucin concentrada de nitrito de sodio (NaNO2)

recientemente preparada, hasta observar cambios en la coloracin.

b) En un tubo de ensaye coloque dos gotas de cido sulfrico 1:10 (V/V) (H2SO4) y

agregue cuatro gotas de solucin de permanganato de potasio al 4%(KMnO4);

agite y aada 5 mL de solucin de sulfato de hierro (II) al 4% (FeSO4).

Experimento 7: Formacin de xido de magnesio

Procedimiento:

1.- Toma con una pinza un trozo de unos 3 cm de cinta de Mg. La cinta de

magnesio tiene un color plomizo.

2.- Pon en contacto la cinta de magnesio con la llama del mechero. Al ponerse en

contacto con el calor, la cinta de magnesio se oxida. Se obtiene el xido de

magnesio (MgO).

Experimento 8: Genio en la botella

Procedimiento:

Se introducen 0.5 g de permanganato de potasio envueltos en un papel fino en

forma de en el interior del matraz Erlenmeyer de 500 mL (recipiente

resistente a altas temperaturas) que contiene 30 mL de agua oxigenada de 110

volmenes. Se produce un espectacular chorro de vapor de agua, tenga cuidado,

la reaccin es muy violenta.

Experimento 9: Reaccin permanganato-glicerina

Procedimiento:

Realice la reaccin en la campana de extraccin. Si carece de vitrina, busque un

lugar que pueda ventilarse con facilidad una vez que la reaccin finaliza. Deben

situarse a una distancia algo alejada del lugar de la reaccin (tres o ms metros).

1.- Muela el permanganato en el mortero hasta reducirlo a polvo fino. La molienda

debe hacerse presionando sobre el slido pero no golpendolo.

2.-Con ayuda de la esptula coloque en la tela de asbesto un pequeo montculo

de permanganato con una depresin en su centro.

3.-Con un gotero coja glicerina (unas gotas son suficientes) y virtala en el hueco

que ha hecho en el montoncito de permanganato y luego retroceda un par de

metros.

4.-La reaccin comienza en pocos segundos, al principio con un hilo de humo que

se incrementa notablemente y finalmente aparece una llamarada.

5.-Ventile, espere un poco de tiempo, tome el residuo con la esptula observe su

color, casi todo negro, pero incrustado en la masa se ve un slido de color verde,

probablemente manganato de potasio.

ANLISIS Y OBSERVACIONES

Experimento 1: Convirtiendo cobre en oro

El sistema de reacciones experimentadas fueron:

Zn(s) + 2H2O(l) + 2NaOH(ac) Na2Zn(OH)4 + H2(g)

Zn(OH)4-2 + Cu Zn + Cu2+ + 4OH-

El proceso oxido reduccin se puede observar en la Fig 2.

Fig. 2 Procedimiento reactivo del experimento 1.

Al calentar la moneda se vuelve de color dorado debido a que el zinc y el cobre se

funden y se forma una aleacin de color dorado (Latn) que da la apariencia de

ser oro. (Ver video en el disco anexo).

Experimento 2: Figuras de plata

Este proceso redox muestra la reactividad qumica entre el Cobre y la Plata

observndose que el catin Ag+ puede desplazar al Cu (ver Fig. 3) mediante la

reaccin:

2Ag+(ac) + Cu(s) Cu2+

(ac) + 2Ag(s)

Fig. 3 Reduccin de cobre en solucin de plata

Experimento 3: Cobrizado de clavo

Otro ejemplo de una reaccin de desplazamiento de metal en sistema redox como

el caso anterior, es ste experimento donde sucede la siguiente reaccin:

Cu2+(ac) + Fe(s) Fe2+

(ac) + Cu(s)

El cobre se deposit sobre el clavo formando una ligera capa de color rojizo,

dando la apariencia de recubrimiento como se puede observar en la Fig. 4, (ver

video en el disco anexo), se puede observar adems que sta reaccin es rpida

pero fue detenida al ya no existir contacto directo en el Fe metlico y la solucin

de Cu preparada.

Fig. 4 Cobrizado de un clavo

Experimento 4: Reaccin de Tartrato, sulfato de cobre y agua oxigenada

Las reacciones ocurridas en el experimento 4 alcanzaron el equilibrio y fueron

perturbndose al agregar una pequea cantidad de reactivo en funcin del tiempo,

ocurriendo varias reacciones; primero aparece una coloracin azul obscura debido

al complejo de tartrato con el cobre, despus el tartrato se oxida a dixido de

carbono, funcionando el Cu2+ primero como catalizador en la descomposicin del

agua oxigenada y despus pasa a ser reactivo pasando a Cu+ que precipita como

xido de cobre (I) de color rojo. Por un exceso de Cu2+ continua la reaccin cada

vez que se agrega agua oxigenada hasta consumirse todo el tartrato, cuando al

agregar esta no haya cambio de color, realizando ms de 5 veces la adicin de

agua oxigenada. Como se observa en la Fig. 5.

COOH-CHOH-CHOH-COOH COOH-COH=COH-COOH 2CO2 + CHO-CH2OH

Catalizada por Cu2+. El ltimo elemento de la reaccin anterior es el que reacciona

con el Cu2+ convirtindolo en Cu+ que precipita en forma de xido de cobre (I) de

color rojo.

Fig. 5 Reaccin de tartrato de potasio y sodio con sulfato de cobre y agua oxigenada

Experimento 5: Reaccin de descomposicin

Un sistema de reaccin descomposicin del dicromato de amonio por accin de

calor ocurre por la ecuacin siguiente:

(NH4)2Cr2O7(s)N2(g) + 4 H2O(lq) Cr2O3(s)

La reaccin es violenta y altamente espontanea solo necesita una pequea

cantidad de energa como inicio (energa de activacin), as mismo se puede

concluir que dentro del mismo compuesto un elemento se reduce y otro se oxida

en este caso es el par cromo y nitrgeno los que sufren estos cambios de

oxidacin (Ver Fig.6)

Fig. 6 Combustin de dicromato de amonio

Experimento 6: Reaccin del permanganato de potasio

Se utiliz sulfito de sodio en sustitucin al nitrito de sodio. El permanganato de

potasio en medio cido demuestra ser un excelente oxidante lo cual concuerda

con su potencial de reduccin en ambos casos.Se pudo observar que se oxida

tanto el anin como el catin:

a) Reaccin de oxidacin del catin

5Fe2+ + MnO4-+ 8H+5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O

b) Reaccin de oxidacin del anin

5HSO3- + 2MnO4

- + 4H+ 5HSO4- + 2Mn2+ + 2H2O

Siendo estas reacciones espontaneas, generndose un cambio de color como se

observa en la Fig. 7.

Fig. 7 Oxidacin con permanganato

Experimento 7: Formacin de xido de magnesio

Se genera una reaccin de combustin donde el magnesio se oxida para formar el

xido correspondiente, cedindole sus dos electrones al oxigeno del aire mediante

la siguiente reaccin:

Mg(s) + O2(g)MgO(s)

Esta reaccin libera una cantidad considerable de energa en forma calorfica y

luminosa como se observa en la Fig. 8.

b)

a)

Fig. 8 Combustin de magnesio

Experimento 8: Genio en la botella

En este experimento el permanganato oxida al oxigeno del agua oxigena

liberndolo al ambiente, pero al ser una reaccin exotrmica libera adems agua

en forma de vapor generando un efecto de niebla como se observa en la Fig. 9,

segn la reaccin:

KMnO4 + H2SO4 + H2O2 MnSO4 + H2O + O2 + K2SO4

Nota: se debi agregar cido sulfrico concentrado para lograr la reaccin ya que

se necesita el medio cido para que la reaccin sea espontanea.

Fig. 9 Genio en la botella

Experimento 9: Reaccin permanganato-glicerina

Reaccin redox altamente exotrmica donde se libera una gran cantidad de calor

sin necesidad de una llama que inicie la reaccin (ver Fig. 10). La reaccin

qumica que ocurri fue:

14 KMnO4 + 4 C3H5(OH)3 7 K2CO3 + 7 Mn2O3 + 5 CO2 + 16 H2O

Teniendo la caracterstica de formar una llama de color purpura debido a la

dispersin de la luz formada durante el proceso del cambio de oxidacin del

manganeso desde +7 hasta +3, obteniendo el xido correspondiente.

Fig. 10 Combustin sin llama.

CONCLUSIONES

Las reacciones de xido-reduccin se presentan al existir al menos un elemento

que se oxide y otro que se reduzca, en el caso de la serie de experimentos

estudiados en esta prctica muestran que las reacciones de este tipo pueden

permitir una gran gama de aplicaciones tanto como ilustrativas como de aplicacin

en la ingeniera, principalmente se debe analizar si la reaccin es espontanea o

no, En sta prctica la mayora de reacciones resultaron ser espontaneas, y en las

restantes se necesit agregar una fuente de calor.

BIBLIOGRAFA

R. Chang Qumica General 9na Edicin

http://www.quimicefa.com/143/recaccion-del-permanganato-con-glicerina.html, Colsultado: 28/marzo/2014

Lydia GalagvskyKurman, Qumica Fundamentos terico-prctico para laboratorio. 1 edicin.