Características y representaciones de las reacciones redox

FIGURA 15. Muchas de las transformaciones que observamos en nuestra vida diaria incluyen el oxígeno atmosférico (O2), por lo que pueden evitarse o reducirse si se impide el contacto de este gas con las sustancias o materiales con los que reacciona.

Experimenta

Experimenta con las reacciones de oxidación.

1. Reúnete con un compañero y consigan el siguiente material: • Un limón • Un palito de madera o un pincel • 2 hojas de papel blanco • Una vela • Un vaso o recipiente para el jugo de limón

2. Realicen el siguiente procedimiento: a. Expriman el limón y colecten el jugo en un recipiente. b. Mojen el palito o el pincel con el jugo de limón y escriban un mensaje en el papel. c. Dejen secar el papel. ¿Pueden ver lo que escribieron?

d. Con cuidado, acerquen el papel en posición horizontal a la parte superior de la vela encendida y esperen a que se revele el mensaje. No acerquen demasiado el papel porque se puede quemar. e. Anoten sus observaciones. 3. Analicen sus resultados: • ¿Qué creen que ocurrió al calentar el papel? • ¿Qué tipo de cambio observaron: físico o químico? ¿Por qué? • Si consideran que es un cambio químico, ¿pueden identificar los reactivos? 4. Con ayuda de su maestro, discutan en el grupo sobre lo que pasa con el ácido ascórbico al calentarlo. Concluyan sobre el tipo de cambio que se lleva a cabo y las sustancias que intervienen.

Maneja con precaución el fuego. sé cuidadoso Maneja con precaución el fuego.

En la actividad anterior se utilizó jugo de limón como tinta invisible que se revela con el calor de la flama. En el proceso de revelado de esta tinta se lleva a cabo una reacción química entre el ácido ascórbico (vitamina C que se encuentra en el jugo de limón), que es incoloro, y el oxígeno (O2) del aire, generando un compuesto colorido que nos permite leer el mensaje escrito en el papel.

En nuestra vida cotidiana existen muchas otras reacciones en las que interviene el oxígeno como uno de los reactivos; tal es el caso de la oxidación de la manzana (figura 15), la respiración, la combustión y la corrosión u oxidación de los metales.

Todas estas transformaciones parecen no tener nada en común, porque mientras la combustión de una hoja de papel es muy rápida, la corrosión de un clavo de hierro puede tomar meses; sin embargo, en ambas reacciones la molécula de oxígeno se rompe y sus átomos se combinan con los materiales con los que reacciona. Al hacerlo con el clavo, por ejemplo, se genera óxido férrico (Fe2O3), mientras que con el papel se producen dióxido de carbono (CO2) y agua (H2O).

Como mencionamos en el bloque 1, el primero en identificar el oxígeno atmosférico como una sustancia necesaria para que pueda llevarse a cabo la combustión fue Lavoisier. A partir de este hallazgo, el proceso en el que una sustancia ganaba oxígeno recibió el nombre de oxidación, mientras que aquel en el que se observaba una disminución (o reducción) en la cantidad de oxígeno que contenía una sustancia se denominó reducción.

Actualmente, cuando nos referimos a reacciones de oxidación y de reducción, éstas no se limitan a transformaciones en las que interviene el oxígeno. Como estudiaremos más adelante, los términos “oxidación” y “reducción” son mucho más amplios, pues los identificamos como cambios relacionados con el número de electrones alrededor de un átomo y no necesariamente con la ganancia o pérdida de átomos de oxígeno. Recuerda que al realizarse nuevos descubrimientos, las teorías se modifican; es así como se genera el conocimiento científico.

Al observar las reacciones que ocurren a tu alrededor puedes pensar que las oxidaciones son más comunes que las reducciones, pero en realidad siempre que se lleva a cabo una oxidación también debe llevarse a cabo una reducción, pues son procesos simultáneos. Es por esto que cuando nos referimos a ellas hablamos de reacciones de óxido-reducción o reacciones redox, en las que una sustancia se reduce y otra se oxida.

Considerando la primera definición de las reacciones de oxidación y reducción (en la cual estos procesos se explican en función de la ganancia o pérdida de átomos de oxígeno) y su relación con el principio de conservación de la masa, podemos entender porqué estos procesos ocurren de manera simultánea: para que un compuesto o elemento gane uno o varios átomos de oxígeno, debe haber otro que los pierda.

La siguiente reacción, conocida como “reacción de termita” (del inglés thermite), ilustra este principio (figura 16):

Fe

2O

3 1 2Al → 2Fe 1 Al

2O

3

En esta reacción el aluminio gana oxígeno (se oxida), mientras que el hierro lo pierde (se reduce).

Esta espectacular reacción es muy parecida al método que desde hace mucho tiempo (desde la Edad del Hierro) se usa para obtener este metal:

2Fe

2O

3 1 3C → 4Fe 1 3CO

2

Es interesante reconocer, que la reacción utilizada actualmente en las siderúrgicas para producir acero es similar a las que utilizaron nuestros antepasados para obtener hierro.

Cuando consideramos las reacciones de combustión, por ejemplo, la combustión de hidrógeno que es utilizada por el transbordador espacial durante el despegue parece que algo no cuadra:

FIGURA 16. La reacción de termita o aluminotermia produce hierro fundido debido a que la temperatura de la reacción se eleva por encima de los 2000 °C, por lo que suele utilizarse para unir las vías de los trenes que viajan a alta velocidad.

FIGURA 17. Con frecuencia, la transformación de los materiales por la acción del oxígeno atmosférico resulta evidente.

FIGURA 18. Al ver las estructuras de las moléculas puedes observar cómo se reacomodan los átomos. ¿Qué dife-

Es claro que el hidrógeno (H2) se oxida, puesto que gana oxígeno, pero ¿qué sustancia se reduce? Podríamos pensar que ninguna, o al menos no se aprecia fácilmente. Sin embargo, en ésta como en todas las reacciones en que interviene el oxígeno atmosférico, es esta sustancia (el O2(g)) la que se reduce, pues cada átomo de oxígeno pierde el otro átomo de oxígeno con el que estaba enlazado. Seguramente tu mamá te ha dicho: “¡Guarda la bicicleta porque se va a oxidar!”, pero nunca te ha dicho: “¡Guarda esa bicicleta que vas a reducir el oxígeno!”, aunque ambas reacciones sean simultáneas. Vivimos en una atmósfera rica en oxígeno molecular (O2), que interacciona fácilmente con muchos de los materiales que nos rodean (figura 17); por eso decimos que nuestra atmósfera es oxidante, aunque no siempre fue así. Hace 1200 millones de años la atmósfera terrestre no contenía oxígeno molecular (O2).

Es importante mencionar que aunque las reacciones redox en las que una sustancia se oxida por la acción del oxígeno atmosférico son muy comunes, por fortuna en la naturaleza también se lleva a cabo la transformación opuesta, es decir, una reacción en la que una sustancia se reduce y libera oxígeno molecular; ¿se te ocurre alguna?

En tu curso de Ciencias I aprendiste que la fotosíntesis permite obtener oxígeno molecular a partir de CO2 por medio de la siguiente reacción química:

Lee más...

¿Quieres saber por qué las frutas adquieren ese color marrón característico después de estar en contacto con el aire por un periodo prolongado?, te invitamos a que lo averigües en la siguiente dirección electrónica:

http://iquimicas.com/ oxidacion-de-frutasy-verduras-porque-lamanzana-se-pone-marron/ 6CO

2 1 6H

2O → C

6H

12O

6 1 6O

2

Si observas la figura 18, la cual representa la reacción química de la fotosíntesis (la ecuación química anterior), podrás darte cuenta de que en los reactivos el carbono en el CO2 está unido a dos átomos de oxígeno, mientras que en los productos cada átomo de carbono está unido sólo a un átomo de oxígeno (observa la fórmula C6H12O6), por lo que en todos los átomos de carbono disminuyó el contenido de oxígeno. Podemos concluir entonces que en la fotosíntesis el carbono se reduce (pierde oxígeno).

Ahora observa que en los reactivos algunos átomos de oxígeno están unidos a un átomo de carbono o a dos átomos de hidrógeno, mientras que en los productos algunos átomos de oxígeno siguen unidos a los átomos de carbono (no cambian), pero otros ahora están unidos a otro átomo de oxígeno, por lo que sólo una parte de los átomos de oxígeno se oxida.

Es interesante saber que todo el oxígeno molecular (O2) que hoy contiene la atmósfera terrestre proviene de la fotosíntesis. Los primeros organismos capaces de realizarla —las cianobacterias, también conocidas como algas verde-azules— aparecieron en la Tierra hace más de 2000 millones de años.

Existen muchas reacciones redox que no implican la ganancia o pérdida de oxígeno; algunas de ellas son fáciles de identificar, pues es posible apreciar cambios de color en las sustancias. Descúbrelas en la siguiente actividad.

Si quieres conocer otros ejemplos de oxidación y sus características, te invitamos a ver el siguiente video: http://e-ducativa.catedu. es/44700165/aula/archivos/ repositorio/1000/1169/html/21_ reacciones_de_oxidacinreduccin.html

Experimenta

Identifica el cambio químico en algunos ejemplos de reacciones de óxido-reducción en actividades experimentales

1. Reúnanse en equipos de tres personas y consigan el siguiente material: • 150 ml de tintura de yodo para desinfectar heridas • De 5 a 10 virutas de zinc (Si no les es fácil conseguirlas pueden comprar alambre de cobre, que reaccionará de manera similar con el yodo) • 2 limones • 50 ml de solución de hipoclorito de sodio al 4-6% (blanqueador comercial, conocido comúnmente como “cloro”) • 300 ml de agua (H2O) • 200 ml de jugo de uva procesado • 4 vasos transparentes de 250 ml • 10 ml de vinagre 2. Lleven a cabo el procedimiento de cada uno de los siguientes experimentos:

Experimento 1

a. Coloquen las virutas de zinc en uno de los vasos. De manera individual, escriban qué consideran que sucederá al añadirles la tintura de yodo. b. Posteriormente cúbranlas con el yodo apenas por encima; si ponen demasiado no podrán observar el cambio.

c. Anoten sus observaciones. d. Dejen pasar media hora (mientras tanto, pueden hacer el segundo experimento). e. Pasado el tiempo, anoten los cambios que observen en la mezcla. Elaboren individualmente una explicación de lo que observaron. f. Viertan con cuidado el líquido en otro vaso, asegurándose de que todos los sólidos queden en el primer vaso. g. A continuación, agreguen unas gotas de blanqueador al vaso que contiene el líquido. (Si se forman grumos, agreguen un poco de vinagre. Los grumos se deben a una reacción en la que se forma óxido de zinc, que no nos interesa.) h. Anoten sus observaciones.

Experimento 2

a. Agreguen aproximadamente 200 ml de agua a uno de los vasos que aún no hayan utilizado. b. Agreguen unas gotas de yodo al vaso con 200 ml de agua. Escriban lo que piensen que sucederá. Anoten sus observaciones. c. Agreguen al vaso con yodo y agua el jugo de un limón y anoten sus observaciones. (Si no observan cambio alguno, agreguen más jugo de limón.)

Experimento 3

a. Viertan 200 ml de jugo de uva en un vaso. b. Agreguen una cucharada de hipoclorito de sodio. Anoten lo que consideren que pasará y escriban sus observaciones. 3. Analicen sus resultados. Comparen sus hipótesis y explicaciones.

Para analizar lo que acaban de observar, es importante que recuerden algo de lo que han aprendido sobre reacciones redox:

a. Siempre que una sustancia se reduce, hay otra que se oxida. b. Un compuesto que se oxida con facilidad es el ácido ascórbico o vitamina C; ¿recuerdan la actividad de la tinta invisible?

Con base en esta información y sus observaciones, contesten las siguientes preguntas: • En el experimento 2 hicieron reaccionar ácido ascórbico con yodo; si el ácido ascórbico se oxida, ¿qué sustancia se reduce? ¿Cómo pueden explicar el cambio de color?

En la siguiente dirección electrónica encontrarás una forma de utilizar las reacciones redox en la remoción de contaminantes del agua. http://www.interempresas.net/ Agua/Articulos/50084-Fotocatalisissolar-como-eliminar-contaminantesemergentes-aguas-EDAR-sin-efectos.html Revísala y coméntala con tus compañeros. Tú sabes que una oxidación siempre va acompañada de una reducción. Si este método funciona oxidando materia orgánica que contamina el agua, ¿cuál es la sustancia que se reduce? • ¿Cuál es la función del “oxidante”? • ¿En tu localidad se utiliza algún método como el que se describe en la lectura?

• En el experimento 1, ¿qué cambio de color ocurre cuando el yodo reacciona con el zinc? ¿Es similar a lo que ocurre cuando reaccionan yodo y ácido acético? ¿Cómo pueden explicar esto? ¿Qué cambio químico está ocurriendo? • En la reacción entre el zinc y el yodo, ¿qué sustancia se oxida y qué sustancia se reduce? • Así como el ácido ascórbico se oxida, el hipoclorito de sodio (que es la sustancia activa en el blanqueador) también se reduce. Si en el experimento 2 el hipoclorito de sodio se reduce al reaccionar con el yodo, ¿qué le pasa al yodo? ¿Cómo puedes explicar el cambio de color? • Si en el experimento 3 el hipoclorito de sodio se reduce, ¿qué material contiene la sustancia que se oxida y cuál la que se reduce? ¿A qué creen que se deba el cambio de color? • ¿Por qué creen que el blanqueador sirve para quitar manchas? ¿Servirá para cualquier tipo de manchas?

Lee más...

FIGURA 19. En presencia de un agente reductor como el ácido ascórbico, el yodo sufre una transformación química que podemos apreciar por el cambio de color. Ácido

ascórbico

En la actividad anterior, la vitamina C reaccionó con el yodo. ¿Qué le sucedió al yodo? El yodo se redujo. ¿Quién lo redujo? El ácido ascórbico (la vitamina C) (Figura 19). Por esa razón decimos que el ácido ascórbico actúa como agente reductor. De igual manera, decimos que el oxígeno atmosférico es un agente oxidante.