Date post: | 25-Nov-2015 |
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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.