Electro Qui Mica
Electro Qui Mica
Electro Qui Mica
TEMA 7
TEMA 7: ELECTROQUMICA.
NDICE:
TEMA 7: ELECTROQUMICA..........................................................................................................1
1.- CONCEPTO DE OXIDACIN-REDUCCIN.............................................................................2
1.1.- REGLAS DE ASIGNACIN DEL NMERO DE OXIDACIN.........................................3
2.- AJUSTE DE REACCIONES REDOX. CONCEPTO DE SEMIRREACCIN............................3
2.1.- MTODO DE VARIACIN DEL NMERO DE OXIDACIN..........................................4
2.2.- MTODO DEL IN-ELECTRN..........................................................................................4
2.2.a.- En medio cido..................................................................................................................5
2.2.b.- En medio bsico................................................................................................................5
3.- VALORACIONES REDOX...........................................................................................................6
4.- ESPONTANEIDAD DE LAS REACCINS DE OXIDACIN-REDUCCIN..........................7
5.- CELDAS GALVNICAS..............................................................................................................8
6.- REPRESENTACIN DE PILAS. .................................................................................................9
7.- TIPOS DE ELECTRODOS..........................................................................................................10
7.1. Electrodos metal-in metlico................................................................................................10
7.2. Electrodos redox.....................................................................................................................10
7.3. Electrodos de gas....................................................................................................................11
8.- POTENCIALES NORMALES DE ELECTRODO......................................................................11
9.- CLCULO DE LA F.E.M. NORMAL, Eo, DE UNA PILA.......................................................13
10.- RELACIN ENTRE LA F.E.M. Y G DE LA REACCIN....................................................14
11.- INFLUENCIA DE LA CONCENTRACIN EN LA F.E.M. DE LA PILA.............................15
12.- CONSTANTE DE EQUILIBRIO DE UNA ECUACIN REDOX..........................................15
13.- PREDICCIN DE LA ESPONTANEIDAD DE UN PROCESO REDOX EMPLEANDO LOS
VALORES TABULADOS DE LOS POTENCIALES NORMALES...............................................16
14.- CELDAS ELECTROLTICAS...................................................................................................17
14.1.- NATUREZA DE LOS PRODUCTOS DE LA ELECTRLISIS.......................................18
a) Sales fundidas........................................................................................................................18
b) Disoluciones acuosas de cidos, bases y sales......................................................................19
15.- ASPECTOS CUANTITATIVOS DE LA ELECTRLISIS......................................................21
16.- APLICACIONES INDUSTRIALES DE LA ELECTRLISIS.................................................22
16.1.- RECUBRIMIENTOS METLICOS...................................................................................22
16.2.- PURIFICACIN ELECTROLTICA DEL COBRE...........................................................22
Vistas ya, en el Tema 6, las reacciones de transferencia de protones, vamos a estudiar ahora
reacciones que implican una transferencia de electrones. No ser tan sencillo averiguar cul es la
substancia que cede o gana electrones, como averiguar en las reacciones cido-base cul es el cido y
cul es la base.
La transferencia de electrones puede llevarse a cabo de manera directa e indirecta. En este
segundo caso veremos como se puede transformar energa qumica en elctrica, mediante dispositivos
denominados pilas, en reacciones en las que G<0. O proceso inverso, la utilizacin de energa
elctrica para llevar a cabo reacciones qumicas en las que G>0, nos llevar al estudio de la
electrolisis.
Carlos Alonso - www.alonsoformula.com
Pgina 1 de 23
QUMICA DE 2 BACHILLERATO
TEMA 7
REDUCTORES
Hay reacciones en las que no hay una transferencia real de electrones y sin embargo pueden
considerarse cmo reacciones de oxidacin-reduccin. Como por ejemplo en la reaccin
2 CO(g) + O2(g) 2 CO2(g)
no se ve la transferencia de electrones ya que los compuestos que intervienen son covalentes. Sin
embargo en el enlace covalente puede haber transferencia parcial de electrones del enlace hacia el
tomo ms electronegativo dando un carcter polar a dicho enlace. Por lo tanto cada tomo de un
compuesto se puede caracterizar por un estado de carga, real en los compuestos inicos y ficticia en los
compuestos covalentes. El nmero que indica dicho estado de carga se denomina nmero de oxidacin
del elemento en dicho compuesto. El concepto de nmero de oxidacin se deduce nicamente a partir
de la frmula emprica del compuesto y no depende de la estructura y tipo de enlace del mismo.
El nmero de oxidacin nos da idea de los electrones que se ponen en juego en una reaccin,
es por lo tanto un concepto que nos facilita la comprensin de las reacciones redox; es simplemente un
concepto til aunque no se ajuste a la distribucin real de carga de los compuestos.
Carlos Alonso - www.alonsoformula.com
Pgina 2 de 23
QUMICA DE 2 BACHILLERATO
TEMA 7
El nmero de oxidacin ser positivo cuando un elemento pierda electrones o los comparta con
un elemento ms electronegativo, y ser negativo cuando capte electrones o los comparta con un
elemento ms electropositivo. Para asignar el nmero de oxidacin a cada elemento en los compuestos
que participan en una reaccin redox se deben seguir una serie de reglas como las siguientes:
1.1.- REGLAS DE ASIGNACIN DEL NMERO DE OXIDACIN.
1.- El nmero de oxidacin de todo elemento, en cualquiera estado alotrpico, en estado libre
es cero. Fe, Cl2, S8, P4(rojo), P4(blanco), C(diamante), C(grafito), etc.
2.- En los iones monoatmicos el nmero de oxidacin coincide con la carga real. Los nmeros
de oxidacin de los iones S2, Cl, Na+, Ca2+, son 2, 1, +1, y +2, respectivamente.
3.- El nmero de oxidacin del hidrgeno en sus compuestos con los metales es 1, y en sus
combinaciones con no metales es +1.
4.- El nmero de oxidacin del oxgeno es 2 en todos sus compuestos, excepto en los
perxidos donde es 1, y con el flor que es +2.
5.- La suma algebraica de los nmero de oxidacin de todos los tomos de una especie qumica
poliatmica debe ser igual a la carga neta de la misma. En el Fe2O3 el hierro debe ser +3, en el SO42 el
azufre debe ser +6, en el NH4+ el nitrgeno debe ser 3.
6.- En los compuestos entre no metales, en los que no intervengan ni el hidrgeno ni el
oxgeno, al elemento ms electronegativo se le asigna el nmero de oxidacin que presenta ms
frecuentemente. En el CCl4 si el Cl es 1 el C ser +4; en el As2Se5 si el Se es 2 el As ser +5.
En base al concepto de nmero de oxidacin se pode definir una reaccin de oxidacinreduccin o reaccin redox como aquella en la que tiene lugar un cambio en los nmeros de
oxidacin de algunos tomos de las sustancias que intervienen en la reaccin.
De una manera general una reaccin redox se puede escribir:
Oxidante(1) + Reductor(2) Reductor(1) + Oxidante(2)
Esto pone de manifiesto, de manera anloga a las reacciones cido-base, el hecho de que dichas
reacciones slo ocurren cuando se ponen en contacto pares oxidante/reductor. Posteriormente
estudiaremos la manera de medir la tendencia a que la reaccin se produzca en un sentido o en otro, es
decir, la tendencia de una substancia a perder o ganar electrones frente a otra.
EJERCICIO 2: Determina el nmero de oxidacin de los elementos que forman las siguientes
sustancias: H2O, HCl, NaCl, ZnCl2, ZnO, H2SO4, SO42, HNO3, NO3, H2S, S2, KMnO4, MnO2, VO3+,
P4O10, LiH, ICl5, NF3, SO32, S2O42, Cr2O72.
EJERCICIO 3: Cul es el agente oxidante y cul es el agente reductor en las siguientes reacciones?
Zn + Cl2 ZnCl2
CuO + H2 Cu + H2O
2 NO + O2 2 NO2
2 Na + 2 H2O 2 NaOH + H2
Pgina 3 de 23
QUMICA DE 2 BACHILLERATO
TEMA 7
El hecho de que en una reaccin redox el nmero de electrones cedidos por el agente reductor
debe ser igual al nmero de electrones ganados por el agente oxidante puede emplearse como un
mtodo til para ajustar este tipo de reacciones.
2.1.- MTODO DE VARIACIN DEL NMERO DE OXIDACIN.
En este mtodo el acoplamiento de una reaccin se realiza comparando el aumento del nmero
de oxidacin experimentado por el tomo que se oxida con la merma sufrida por el tomo que se
reduce. Ajustemos la ecuacin:
Fe2O3 + CO Fe + CO2
seguiremos los siguientes pasos:
Observamos en la ecuacin los elementos que cambian su nmero de oxidacin:
+3
+2
+4
Fe2O3 + CO Fe + CO2
1) Se escriben las semirreacciones de oxidacin y reduccin con los tomos o iones
monoatmicos que cambian de N.O.
+2
+4
C C + 2 e
+3
Oxidacin
Fe + 3 e Fe
Reduccin
2) Se igualan los electrones que intervienen en ambas semirreacciones. Se multiplica cada una
de ellas por el nmero que permita conseguir el mnimo comn mltiplo de los e intercambiados.
+2
+4
3 C 3 C + 6 e
+3
2 Fe + 6 e 2 Fe
3) Se suman ambas semirreacciones, eliminndose los electrones y obtenindose una reaccin
global en la que intervienen los elementos que se oxidan y reducen con los coeficientes ya ajustados:
+3
+2
+4
2 Fe + 3 C 2 Fe + 3 C
4) Se pasan los coeficientes a la reaccin inicial y se terminan de ajustar por tanteo las
sustancias que sin oxidarse ni reducirse intervienen en la reaccin:
Fe2O3 + 3 CO 2 Fe + 3 CO2
2.2.- MTODO DEL IN-ELECTRN.
Es el mtodo que ms se adapta a los procesos que transcurren en disolucin acuosa, donde es
frecuente encontrar especies en forma inica.
Las etapas de este mtodo dependen de que la reaccin tenga lugar en medio cido o en medio
bsico. En cualquiera caso es til desglosar el proceso global en dos semirreacciones, una
correspondiente a la oxidacin y otra a la reduccin, es decir:
Reductor(2) Oxidante(2) + n e
Oxidante(1) + n e Reductor(1)
[Oxidacin]
[Reduccin]
Pgina 4 de 23
QUMICA DE 2 BACHILLERATO
TEMA 7
+4
+6
3 (aq)
IO
+ SO2(aq) + H2O(l) I2(aq) + SO42(aq) + H3O+(aq)
De la observacin de los nmeros de oxidacin se deduce que el IO 3 es el oxidante y el SO2 es
el reductor. La presencia de H3O+ indica que la reaccin tiene lugar en medio cido. Para proceder al
ajuste seguiremos las siguientes reglas:
1) Escribir las semirreacciones, sin ajustar, de oxidacin para el elemento que aumente el N.O.
y de reduccin para el elemento que disminuye el N.O.:
SO2 SO42 Oxidacin
IO3 I2
Reduccin
2) Ajustar estequiometricamente el elemento reducido u oxidado en cada semirreaccin:
SO2 SO42
2 IO3 I2
3) Ajustar los tomos de oxgeno aadiendo molculas de agua:
SO2 + 2 H2O SO42
2 IO3 I2 + 6 H2O
4) Ajustar los tomos de hidrgeno aadiendo ins H+ (procedentes del medio cido):
SO2 + 2 H2O SO42 + 4 H+
2 IO3 + 12 H+ I2 + 6 H2O
5) Ajustar la carga elctrica aadiendo electrones e:
SO2 + 2 H2O SO42 + 4 H+ + 2 e
2 IO3 + 12 H+ + 10 e I2 + 6 H2O
6) Se igualan los electrones intercambiados en ambas semirreacciones.
Ya que se ceden dos electrones en la reaccin de oxidacin y se requieren diez electrones en la
reaccin de reduccin, la ecuacin correspondiente a la oxidacin debe multiplicarse por cinco:
5 SO2 + 10 H2O 5 SO42 + 20 H+ + 10 e
7) Se suman las semirreacciones, de forma que se eliminen los electrones.
5 SO2 + 10 H2O 5 SO42 + 20 H+ + 10 e
2 IO3 + 12 H+ + 10 e I2 + 6 H2O
5 SO2 + 4 H2O + 2 IO3 5 SO42 + 8 H+ + I2
Puesto que es ms adecuado escribir H 3O+ que H+, basta aadir 8 H2O a ambos lados de la
ecuacin:
5 SO2 + 2 IO3 + 12 H2O 5 SO42 + I2 + 8 H3O+
La ecuacin anterior corresponde a la reaccin inica ajustada; para obtener la ecuacin
completa basta aadir las especies inertes y tener en cuenta que se debe conservar la neutralidad
elctrica.
2.2.b.- En medio bsico.
Ajustar la reaccin
+7
-3
+5
+4
Pgina 5 de 23
QUMICA DE 2 BACHILLERATO
TEMA 7
MnO4 MnO2
Reduccin
2) Ajustar estequiometricamente el elemento reducido u oxidado en cada semirreaccin. (En
este caso no hace falta)
3) Ajustar los tomos de oxgeno aadiendo ins OH (procedentes del medio bsico):
NH3 + 3 OH NO3
MnO4 MnO2 + 2 OH
4) Ajustar los tomos de hidrgeno aadiendo una molcula de agua H 2O por cada hidrgeno
necesario. Aadir un nmero igual de iones OH en el lado contrario.
NH3 + 9 OH NO3 + 6 H2O
MnO4 + 2 H2O MnO2 + 4 OH
5) Ajustar las cargas elctricas aadiendo electrones e:
NH3 + 9 OH NO3 + 6 H2O + 8 e
MnO4 + 2 H2O + 3 e MnO2 + 4 OH
6) Se igualan los electrones intercambiados en ambas semirreacciones.
Para ello hace falta multiplicar por tres la primera semirreaccin y por ocho la segunda:
3 NH3 + 27 OH 3 NO3 + 18 H2O + 24 e
8 MnO4 + 16 H2O + 24 e 8 MnO2 + 32 OH
7) Sumar las semirreacciones para eliminar los electrones:
3 NH3 + 8 MnO4 3 NO3 + 8 MnO2 + 2 H2O + 5 OH
La ecuacin anterior corresponde a la ecuacin inica; para obtener la ecuacin completa basta
aadir las especies inertes y tener en cuenta que se debe conservar la neutralidad elctrica.
En cuanto a las semirreaccins redox hay dos puntos importantes que deben tener en cuenta:
1) El hecho de que toda reaccin redox pueda escribirse como un par de semirreacciones no
implica que estas representen necesariamente el mecanismo por el cual tiene lugar la reaccin. Hay
reacciones redox que tienen lugar por transferencia de tomos de oxgeno en lugar de transferencia de
electrones libres. Como por ejemplo:
ClO3(aq) + 3 SO32(aq) Cl(aq) + 3 SO42(aq)
2) El estado del electrn en la semirreaccin no est bien definido. Se conocen electrones
hidratados en estado libre, pero son altamente reactivos y de corta vida, y no es este estado lo que est
implicado en el smbolo e. Esta incertidumbre sobre el estado del electrn hace poco significativo todo
clculo energtico en una semirreaccin.
EJERCICIO 4: Ajusta las siguientes reacciones redox:
Cr2O72 + SO32 Cr3+ + SO42
H2O2 + I I2 + H2O
VO3 + Al VO2+ + Al3+
BrO3 + Br Br2
Br2 + AsO2 AsO43 + Br
SO32 + Cl2 SO42 + Cl
Cl2 Cl + ClO3
MnO4 + NO2 NO3 + MnO2
(medio cido)
(medio cido)
(medio cido)
(medio cido)
(medio bsico)
(medio bsico)
(medio bsico)
(medio bsico)
QUMICA DE 2 BACHILLERATO
TEMA 7
Oxidacin
+7
MnO4 + 5 e Mn+2
Reduccin
En el punto final debe verificarse que:
n de electrones x n moles de oxidante = n de electrones x n moles de reductor
n Mox Vox = m M red V red
5 [MnO4 ] V(MnO4 ) = 1 [Fe 2+ ] V(Fe2+ )
[MnO 4 ] V(MnO4 ) [Fe+2]V(Fe+2)
=
1
5
Tomando como referencia la ecuacin ajustada el nmero de moles de oxidante entre su
coeficiente es igual al nmero de moles de reductor entre su coeficiente.
EJERCICIO 5: Cuando 25,00cm3 de una disolucin de Na 2S2O3 se valoran con una disolucin
0,051M de I2, se necesitan 22,63cm3 de esta. La ecuacin sin ajustar para esta reaccin es:
S2O32 + I2 S4O62 + I
Ajusta la reaccin y calcula la concentracin de la disolucin de Na2S2O3.
EJERCICIO 6: Calcula la concentracin de una disolucin de oxalato de potasio, K2C2O4, si se
necesitan 35,16cm3 de la misma para alcanzar el punto final con 46,72cm 3 de una disolucin cida
0,0617M de KMnO4. La reaccin sin ajustar es:
MnO4 + C2O42 Mn2+ + CO2
Pgina 7 de 23
QUMICA DE 2 BACHILLERATO
TEMA 7
Pgina 8 de 23
QUMICA DE 2 BACHILLERATO
TEMA 7
Qu papel desempea el tabique poroso? La funcin del mismo es doble. Por una parte impide
la mezcla de ambas disoluciones, evitando as que la transferencia de electrones tenga lugar de manera
directa. Por otra parte mantiene la neutralidad elctrica. La oxidacin del electrodo de Zn produce un
aumento de la concentracin de ins Zn 2+, con el cual la disolucin de la izquierda queda cargada
positivamente y se crea un campo elctrico, el sentido del mismo va de la disolucin a la lmina de Zn,
frenando la tendencia a que pasen nuevos iones Zn2+ a la disolucin. Por el contrario, en el electrodo de
Cu ocurre lo contrario, ya que al disminuir la concentracin de iones Cu2+ la disolucin queda cargada
negativamente y se crea un campo elctrico, de sentido de la lmina de Cu a la disolucin, lo cual se
opone a que nuevos iones Cu2+ se depositen sobre la lmina de Cu. Los efectos anteriores se anulan si
el anin de las sales (en este caso el sulfato) puede circular a travs del tabique poroso desde la
disolucin de Cu2+ a la disolucin de Zn2+, de forma que ambas permanezcan electricamente neutras.
En el dispositivo de la fig. 3 las dos disoluciones estn unidas por un puente salino, que
contiene una disolucin de un electrolito muy conductor, como por ejemplo, KCl o NaNO 3. En este
caso son los iones de la sal del puente salino los que preservan la neutralidad elctrica de ambas
disoluciones. El catin de la sal se dirige hacia la disolucin de iones Cu 2+ y el anin hacia la
disolucin de iones Zn2+, tal como se ve en la fig. 3.
Los dispositivos anteriores, que permiten la conversin de energa qumica en energa elctrica,
reciben el nombre de pilas o celdas galvnicas. La explicada en este apartado es la pila Daniell.
El electrodo donde tiene lugar a semirreaccin de oxidacin recibe el nombre de nodo
(del griego nodos, camino ascendente) y se le asigna polaridad negativa. El electrodo donde tiene
lugar a semirreaccin de reduccin se denomina ctodo (del griego kthodos, camino descendente)
y se le asigna polaridad positiva. La polaridad de los electrodos se determina experimentalmente
mediante un galvanmetro, que indica la direccin de flujo de los electrones. En una pila los electrones
circulan del nodo al ctodo (o del polo negativo al polo positivo) a travs del hilo conductor del
circuito externo.
Dicho flujo de electrones tiene lugar debido a que entre los electrodos de la pila se establece
una diferencia de potencial elctrico.
Se denomina fuerza electromotriz (f.e.m.) de la pila al valor mximo de esta diferencia de
potencial cuando la intensidad de corriente es cero; se simboliza por Epila.
Hay dos mtodos para determinar el valor mximo de Epila:
1. Utilizar un voltmetro de transistores. Este instrumento es un dispositivo que mide
diferencias de potencial tomando una cantidad muy pequea de corriente.
2. Utilizar un dispositivo potenciomtrico.
QUMICA DE 2 BACHILLERATO
TEMA 7
2+
Fe (aq) + 1 e Fe (aq)
Reduccin
Cuando en una pila hay electrodos fig.4 Pila formada por un electrodo redox y un
redox, las especies ms reducidas se escriben electrodo de gas.
junto al metal inerte. En nuestro ejemplo,
Fe3+(aq), Fe2+(aq)|Pt o Pt|Fe2+(aq), Fe3+(aq)
Si intervienen varias especies qumicas, como por ejemplo en la semirreaccin,
Carlos Alonso - www.alonsoformula.com
Pgina 10 de 23
QUMICA DE 2 BACHILLERATO
TEMA 7
Pgina 11 de 23
QUMICA DE 2 BACHILLERATO
TEMA 7
Que se produzca una u otra depende de que la semirreaccin que tenga lugar en el otro
electrodo sea de reduccin o de oxidacin.
Al potencial de electrodo de hidrgeno en las condiciones anteriores (P(H 2)=1atm, [H+]=1M)
se le asigna el valor cero, a cualquier temperatura.
o
E( H + / H 2 ) = 0
Para asignar los potenciales normales de electrodo de otras semirreacciones se determina la
f.e.m., con su signo correspondiente, de la pila.
Pt|H2(1atm), H+(1M)||Mn+(1M)|M(s)
Esto significa que el que se tabula es el potencial de electrodo correspondiente al proceso de reduccin,
Mn+(1M) + ne M(s)
Fase oxidada + ne Fase reducida
que mide la mayor o menor tendencia del in Mn+ a aceptar electrones frente a la reaccin
2 H+(1M) + 2 e H2(1atm)
Por esta razn al potencial normal de electrodo se le denomina tambin potencial normal de reduccin
del electrodo y se designa con el smbolo
o
E Mn+ /M
As, si Epila es positivo quiere decir que la reaccin transcurre espontneamente segn el convenio
asignado a la pila. Si Epila es negativo quiere decir que la reaccin transcurre en el sentido contrario,
teniendo lugar la oxidacin de M y la reduccin de H+.
Potenciales normales de reduccin a 298K
Semirreaccin
F2(g) + 2e 2 F(aq)
O3(g) + 2 H+(aq) + 2e O2(g) + H2O(l)
H2O2(aq) +2 H+(aq) + 2e 2 H2O(l)
Ce4+(aq) + e Ce3+(aq)
MnO4(aq) + 8 H+(aq) + 5e Mn2+(aq) + 4 H2O(l)
Au3+(aq) + 3e Au(s)
Cl2(g) + 2e 2 Cl(aq)
Cr2O72(aq) + 14 H+(aq) + 6e 2 Cr3+(aq) + 7 H2O(l)
O2(g) + 4 H+(aq) + 4e 2 H2O (l)
MnO2(s) + 4 H+(aq) + 2e Mn2+(aq) + 2 H2O(l)
Br2(l) + 2e 2 Br(aq)
NO3(aq) + 4 H+(aq) + 3e NO(g) + 2 H2O(l)
2 Hg2+(aq) + 2e Hg22+(aq)
Ag+(aq) + e Ag(s)
Hg22+(aq) + 2e 2 Hg(l)
Fe3+(aq) + e Fe2+(aq)
O2(g) + 2 H+(aq) + 2e H2O2(aq)
MnO4(aq) + 2 H2O(l) + 3e MnO2(s) + 4 OH(aq)
I2(s) + 2e 2 I(aq)
Cu+(aq) + e Cu(s)
O2(g) + 2 H2O(l) + 4e 4 OH(aq)
Cu2+(aq) + 2e Cu(s)
SO42(aq) + 4 H+(aq) + 2e SO2(g) + 2 H2O(l)
Cu2+(aq) + e Cu+(aq)
Sn4+(aq) + 2e Sn2+(aq)
2 H+(aq) + 2e H2(g)
Carlos Alonso - www.alonsoformula.com
E (V)
+2,87
+2,07
+1,77
+1,61
+1,51
+1,50
+1,36
+1,33
+1,23
+1,21
+1,07
+0,96
+0,92
+0,80
+0,79
+0,77
+0,68
+0,59
+0,53
+0,52
+0,40
+0,34
+0,20
+0,15
+0,13
0,00
Pgina 12 de 23
QUMICA DE 2 BACHILLERATO
Pb2+(aq) + 2e Pb(s)
Sn2+(aq) + 2e Sn(s)
Ni2+(aq) + 2e Ni(s)
Cd2+(aq) + 2e Cd(s)
Cr3+(aq) + e Cr2+(aq)
Fe2+(aq) + 2e Fe(s)
Cr3+(aq) + 3e Cr(s)
Zn2+(aq) + 2e Zn(s)
2H2O (l) + 2e H2 (g) + 2 OH(aq)
Mn2+(aq) + 2e Mn(s)
Al3+(aq) + 3e Al(s)
H2(g) + 2e 2 H(aq)
Mg2+(aq) + 2e Mg(s)
Na+(aq) + e Na(s)
Ca2+(aq) + 2e Ca(s)
Ba2+(aq) + 2e Ba(s)
K+(aq) + e K(s)
Li+(aq) + e Li(s)
TEMA 7
0,13
0,14
0,25
0,40
0,41
0,44
0,74
0,76
0,83
1,18
1,66
2,23
2,37
2,71
2,87
2,90
2,93
3,05
Observa la tabla de potenciales normales, tabulados para 25C, sin olvidar que van acoplados
con la semirreaccin
H2(1atm) 2 H+(1M) + 2 e
En la tabla aparece el valor del potencial normal de reduccin para algunas semirreacciones
tpicas. Las especies situadas a la izquierda en las semirreacciones son agentes oxidantes, ya que
pueden reducirse ganando electrones. Las situadas a la derecha son agentes reductores, pues son
capaces de oxidarse perdiendo electrones.
El valor del potencial de un electrodo mide la tendencia a que en l se produzca la reduccin.
Por lo tanto, dada una semirreaccin cualquiera:
Oxidante + n e Reductor
cuanto mayor sea su potencial, E, mayor es la tendencia de la especie (Oxidante) a reducirse ganando
n electrones y, consecuentemente, menor es la tendencia de la especie (Reductor) a oxidarse cediendo
n electrones. En otras palabras:
El valor de Eox/red indica en que extensin la semirreaccin
Oxidante + n e Reductor
est desplazada cara a la derecha.
Las especies Oxidante y Reductor, que se diferencian en n electrones, se denominan par
oxidante-reductor conjugados. Cuanto ms fuerte sea un oxidante ms dbil es su reductor conjugado.
Segn lo dicho el mejor oxidante de la tabla es el F 2, y el peor el Li+. El F ser el reductor ms dbil, y
el Li metlico el ms fuerte.
QUMICA DE 2 BACHILLERATO
TEMA 7
G op, T = - n F E opila
Carlos Alonso - www.alonsoformula.com
Pgina 14 de 23
QUMICA DE 2 BACHILLERATO
TEMA 7
Esta ecuacin es de gran importancia qumico-fsica, ya que proporciona uno de los mejores
mtodos para determinar las variaciones de entalpa libre de aquellas reacciones que pueden llevarse a
cabo mediante una pila.
nE
0,0592
Pgina 15 de 23
QUMICA DE 2 BACHILLERATO
TEMA 7
nE
0,0592
K = 10
Podemos calcular la constante de equilibrio de una reaccin redox a partir del valor de la f.e.m.
estndar de la reaccin.
Pgina 16 de 23
QUMICA DE 2 BACHILLERATO
TEMA 7
EJERCICIO 9: Se construye una pila con los elementos Cu+2/Cu y Al+3/Al de los que los potenciales
estndar de reduccin son E= +0,34V y 1,66V, respectivamente. a) Escribe las reacciones que
tienen lugar en cada uno de los electrodos y la reaccin global de la pila. b) Haz un esquema de
dicha pila, indicando todos los elementos necesarios para su funcionamiento. En qu sentido circulan
los electrones? c) Cul ser la fuerza electromotriz de la pila?
La reduccin tiene
lugar en el
La polaridad del
ctodo es
La reaccin es
Pila
galvnica
Ctodo
Ctodo
Positiva
Espontnea
Cuba
electroltica
Ctodo
Ctodo
Negativa
(impuesta por la
fuente externa)
No espontnea
En toda electrlisis de una sal fundida o disoluciones acuosas de cidos, bases o sales tiene
lugar una conduccin inica. Los iones positivos (cationes) se mueven hacia el ctodo y los iones
negativos (aniones) lo hacen hacia el nodo. Este movimiento de iones constituye la corriente elctrica
en el seno del electrlito. Esta conduccin elctrica va acompaada de reacciones qumicas en los
electrodos.
Carlos Alonso - www.alonsoformula.com
Pgina 17 de 23
QUMICA DE 2 BACHILLERATO
TEMA 7
E red = 1,36V
En el ctodo:
2 Na+(l) + 2 e 2 Na(l)
E red = 2,71V
+
Cl2
nodo
Na
Na+
Cl
Ctodo
Pgina 18 de 23
QUMICA DE 2 BACHILLERATO
TEMA 7
E red = 1,36V
E red = 1,23V
H2
O2
nodo
H2O
H2O
Ctodo
E red = 0,83V
E red = 2,71V
En el ctodo se producir H2, el Na es ms reductor que el H2O, est por debajo del agua en la tabla de
potenciales. Si se produjera Na reducira el agua a H 2. Por tanto en el ctodo se producir la
semirreaccin de mayor potencial de reduccin.
El proceso global es:
H2O(l) H2(g) + O2(g)
E celda = E red (ctodo) E red (nodo) = 0,83V 1,23V = 2,06V
En este caso, ni el ion Na+ ni el ion Cl intervienen en las semirreacciones. nicamente favorecen la
conduccin elctrica de la disolucin. La disolucin sigue neutra, ya que en el proceso global no hay
formacin de iones H+ o OH.
Pero la electrlisis de una disolucin concentrada de cloruro de sodio da dihidrgeno y dicloro. Las
semirreacciones son:
NaCl(s) Na+(aq) + Cl(aq)
En el nodo:
2 Cl(aq) Cl2(g) + 2 e
E red = 1,36V
Pgina 19 de 23
QUMICA DE 2 BACHILLERATO
TEMA 7
E red = 1,23V
En el ctodo:
2 H2O(l) + 2 e 2 OH(aq) + H2(g)
2 Na+(aq) + 2 e 2 Na(s)
E red = 0,83V
E red = 2,71V
H2
Cl2
nodo
H2O
Cl
Ctodo
Producto en el:
Potencial mnimo
descomposicin
nodo
ctodo
NaCl(fundido)
Cl2(g)
Na(l)
4,07V
NaCl(concentrado)
Cl2(g)
H2(g)
2,19V
NaCl(diluido)
O2(g)
H2(g)
2,06V
de
El voltaje mnimo que debe aplicarse para que tenga lugar a electrlisis se denomina potencial
mnimo de descomposicin y depende fundamentalmente de los siguientes factores:
1. De la f.e.m. (E) de la reaccin que tiene lugar.
2. De la polarizacin debida a los cambios de concentracin en los electrodos.
3. Del sobrepotencial de activacin.
El primero depende de los potenciales de reduccin de las semirreacciones que intervienen. El
segundo se debe a la acumulacin de productos o merma de reactivos alrededor de los electrodos,
dando lugar a unas concentraciones reales superiores o inferiores a las empleadas para calcular el
potencial E. El tercer factor es ms difcil de determinar y depende de la misma transferencia
electrnica a travs de la interfase del electrodo. Se cree que la necesidad de un sobrepotencial se debe
a velocidades de reaccin lentas en los electrodos (un efecto cintico, no termodinmico).
EJERCICIO 10: a) Esplica por qu la electrlisis de una disolucin acuosa de CuCl 2 produce Cu(s) y
Cl2(g) b) cul es la f.e.m. externa mnima que se requiere para que este proceso se leve a cabo en
condiciones estndar?
EJERCICIO 11: a) Cules son los productos esperados de la electrlisis de una disolucin acuosa
1M de HBr? b) cul es la f.e.m. externa mnima que se requiere para formar estos productos?
Carlos Alonso - www.alonsoformula.com
Pgina 20 de 23
QUMICA DE 2 BACHILLERATO
TEMA 7
Pgina 21 de 23
QUMICA DE 2 BACHILLERATO
TEMA 7
+
Zn
M
Zn2+
nodo
Ctodo
En el recubrimiento electroltico con cinc el electrlito es una sal de cinc, el nodo est formado por
una barra de cinc puro y el ctodo es la pieza que se desea recubrir. Sobre elle se deposita el cinc
como consecuencia de la semirreaccin de reduccin:
Zn2+(aq) + 2 e Zn(s)
16.2.- PURIFICACIN ELECTROLTICA DEL COBRE.
Despus de la obtencin de metales por diversos procesos metalrgicos es conveniente someterlos a
un proceso de purificacin o refinado posterior.
En el caso del cobre su utilidad como conductor depende
en gran medida de su grado de pureza. La purificacin de
este metal se lleva a cabo electrolticamente. El
electrlito es una sal de cobre como CuSO 4, el nodo es
una barra de cobre impuro y el ctodo una lmina de
cobre muy puro, sobre la que se depositar el cobre.
Manteniendo un potencial adecuado el cobre del nodo se
oxida, pasa a la disolucin y posteriormente se deposita
en el ctodo.
Carlos Alonso - www.alonsoformula.com
+
Cu
nodo
Barros andicos
Cu
Cu2+
Ctodo
CuSO4(aq)
Pgina 22 de 23
QUMICA DE 2 BACHILLERATO
Oxidacin en el nodo:
Cu(s) Cu2+(aq) + 2 e
Reduccin en el ctodo:
Cu2+(aq) + 2 e Cu(s)
TEMA 7
Las impurezas del metal, metales que acompaan al cobre en sus minerales, no se descargan sobre el
ctodo como Fe2+, o Zn2+, permaneciendo en disolucin, mientra que mateles nobles como Ag, Au o Pt
caen al fondo del recipiente en lo que se conoce como barros andicos, recogindose para su posterior
tratamiento.
Pgina 23 de 23