oxidazio-erredukzio erreakzioak

KIMIKA OXIDAZIO-ERREDUKZIO ERREAKZIOAK

Oxidazio-Erredukzio Oxidazio-Erredukzio erreakzioakerreakzioak

Kimika 3.BLOKEA Oxidazio-Erredukzio erreakzioak

2

EdukiakEdukiak

• Oinarrizko kontzeptuak:Oinarrizko kontzeptuak:– Oxidazio egoera; oxidazioa eta erredukzioa; erdiereakzioa; Oxidazio egoera; oxidazioa eta erredukzioa; erdiereakzioa;

erredox doiketa; erredox balorazioa.erredox doiketa; erredox balorazioa.

• Elektrokimika. Elektrokimika. • Serie elektrokimikoa: erdierreakzioak eta elektrodo Serie elektrokimikoa: erdierreakzioak eta elektrodo

potentzialak. potentzialak. • Aplikazioak. Aplikazioak. • Erreakzio espontaneoak: pilak. Erreakzio espontaneoak: pilak. • Inadr elektroeragilea(i.e.e.) eta energia askea. Inadr elektroeragilea(i.e.e.) eta energia askea. • Kontzentrazioaren eragina boltajean : Nernst-en Kontzentrazioaren eragina boltajean : Nernst-en

ekuazioa. ekuazioa.


Oinarrizko Oinarrizko kontzeptuakkontzeptuak


4

Oxidazio egoeraOxidazio egoera

• Atomoaren oxidazio egoera(edo oxidazio zenbakia) molekula batean.– Molekulan atomokoak duen izaera elektronikoa adierazten duen

• Oxidazio egoera(o.e) esleitzeko oinarrizko arauak :

1. Atomo indibidualaren o.e. 0 da.ente con otros elementos es 02. Molekula neutroaren atomo guztien o.e.-en batura 0 da; ioia osatzen

dutenen o.e-en batura ioiaren kargaren berdina da.3. Beraien konposatuetan, metal alkalinoen(1.Taldea) o.e. +1 da eta metal

alkalinoena +2.4. Bere konposatuetan H-ren o.e. +1 da(Hidruoro metalikoetan -1).5. Bere konposatuetan O-rem o.e. -2 da.( Peroxidoetan -1).6. Metalekin duten konposatu bitarretan 17.Taldeko( F, Cl, Br,I) elementuen

o.e. -1 da; 16.Taldekoenab(S,Se,…) -2 da; eta 15.Taldekoena(N, P,As,…) -3.


5

Oxidazio egoeraOxidazio egoera

Adibideak:0

O0

2O

1 7 2

4K MnO 27

4MnO

1 1

Na H 1 2

2H O 1 1

2 2H O 1 2 1

NaO H

13

4N H

1 2 1

3H C F 4 1

4C F 4 1

4C H 3 1

2 6C H 2 1

2 4C H 1 1

2 2C H

2 2

FeO 3 2

2 3Fe O 8/3 2

3 4Fe O 2 3

2 3FeO Fe O

25

3N O

1 23 5

4 3N H N O


6

Oxidazioa eta erredukzioaOxidazioa eta erredukzioa

• Oxidazioa: – elektroien galera edo o.e.-ren igoera.

• Erredukzioa: – elektroien irabaztea edo o.e.-ren jaitsiera.

• Oxidazio-erredukzio erreakzioak:– Elementu batzuk oxidatu eta beste batzuk erruduzitzen diren elektroi

tranferentzi erreakzioak.

• Oxidatzailea:– elektroiak irabazi eta erreduzitzen den erreaktiboa.

• Erreduktorea:– elektroiak galdu eta oxidatzen den erreaktiboa.


7

Oxidazioa eta erredukzioaOxidazioa eta erredukzioa

3 2 2 2 0 4 2

2 3 23 2 3Fe O C O Fe C O

elektroiak irabazi elektroiak galduFe Ceta +3tik 0ra erreduzitu Eta +2tik +4ra oxidatu

oxidatzailea da erreduktorea daCO2 3Fe O

erreduzitzen da Oxidatzen da CO2 3Fe O 2COFe

1 20 02

( ) ( ) ( ) ( )2 2s ac ac sCu Ag Cu Ag

elektroiak irabazi elektroiak galduAg Cueta erreduzitu +1tik 0ra Eta oxidatu 0tik +2ra

oxidatzailea da erreduktorea daCuAg

erreduzitzen da oxidatzen da CuAg 2Cu Ag


8

ErdierreakzioakErdierreakzioak

• Oxidazio eta erredukzio erdierreakzioak:– Erredok errakzioa banantzerakoan daukagun parte bakoitza; alde batetik,

oxidazioa( elektroien galera) eta, bestetik, erredukzioa (elektroien irabaztea)

2( ) 2 2sCu Ag Cu Ag

Ag e Ag

2 2Cu Cu e

Erredox erreakzio osoa

erredukzio erdierreakzioa

oxidazioa erdierreakzioa


9

Erredox erreakzio doiketakErredox erreakzio doiketak

• Ioi-elektroi metodoa:Ioi-elektroi metodoa:1.1. Konposatuak bere ioietan deskonposatu(ur-disoluizoan sortuko Konposatuak bere ioietan deskonposatu(ur-disoluizoan sortuko

lituzketenak).lituzketenak).2.2. Oxidazio zenbakia aldutu duten elemntuak identifikatu eta idatzi Oxidazio zenbakia aldutu duten elemntuak identifikatu eta idatzi

oxidazio eta erredukzio oxidazio eta erredukzio erdierreakzioakerdierreakzioak..

3.3. Inguru azido bailitzan doitu erdierreakzioak, Inguru azido bailitzan doitu erdierreakzioak, HH++ eta H eta H22O-ren laguntzaz.O-ren laguntzaz.1.1. H edo O ez diren atomoak doitu.H edo O ez diren atomoak doitu.

2.2. O doitu HO doitu H22O erabiliz.O erabiliz.3.3. H doitu HH doitu H+ erabiliz+ erabiliz

4.4. Kargak doitu eKargak doitu e- erabiliz.- erabiliz.

4.4. Eelektroi kopuruak orekatuz, batu bi erdierreakzioak..Eelektroi kopuruak orekatuz, batu bi erdierreakzioak..5.5. Osatu erreakzioa oxidazio-erredukzioan parte hartu ez duten konposatu Osatu erreakzioa oxidazio-erredukzioan parte hartu ez duten konposatu

eta ioiekin.eta ioiekin.6.6. Lehenengo pausoan disoziatutako konposatuak berreskuratu sortutako Lehenengo pausoan disoziatutako konposatuak berreskuratu sortutako

ioietatik abiatuz.ioietatik abiatuz.


10

Erredox erreakzioen doiketaErredox erreakzioen doiketa

Adibidea:Adibidea:

4 2 2 2 4 2 4 2 4 2KMnO H O H SO O MnSO K SO H O

1. 2 2 2 24 2 2 4 2 4 4 2K +MnO H O 2H +SO O Mn +SO 2K +SO H O

2+3.

24 28H +MnO 5 Mn 4H Oe

72

4Mn O Mn

- +2 2 2H O O + 2e + 2H

1 0

2 22H O O

2

4 2MnO Mn 4H O 2

4 28H +MnO Mn 4H O +2 2 2H O O + 2H

3.2

3.3

3.4

4. 24 28H +MnO 5 Mn 4H O 2e

- +2 2 2H O O + 2e + 2H 5

+ 24 2 2 2 22MnO 5H O 6H 5O 2Mn 8H O


11

Erredox erreakzioen doiketaErredox erreakzioen doiketa

5. + 24 2 2 2 22MnO 5H O 6H 5O 2Mn 8H O

2 24 43SO 3SO

2K 2K 2 2 2 2

4 2 2 4 2 4 4 22K +2MnO 5H O 6H +3SO 5O 2Mn +2SO 2K +SO 8H O

6. 4 2 2 2 4 2 4 2 4 22KMnO 5H O 3H SO 5O 2MnSO K SO 8H O


12

Erredox balorazioakErredox balorazioak

• Disoluzio bateko erreaktibo baten kontzentrazioaren determinaketa Disoluzio bateko erreaktibo baten kontzentrazioaren determinaketa erredox erreakzioaren bitartez.erredox erreakzioaren bitartez.– Baliokidetza puntuan aldaketa nabarmenak adierazten du : kolore Baliokidetza puntuan aldaketa nabarmenak adierazten du : kolore

aldaketa, hauspekina agertu,…aldaketa, hauspekina agertu,…– Adibidea: MnOAdibidea: MnO44

---ren (permanganato) balorazioa HSO-ren (permanganato) balorazioa HSO33-- -arekin (bisfulfito) -arekin (bisfulfito)

ingurune azidoaningurune azidoan2 2

4 2 3 4 22 5 2 5 3 4MnO H SO Mn SO H O H

Problema: 4 ( )KMnO ac 4[ ]MnOezaezaguna problemaV ezaguna

Baloratzailea:3( )NaHSO ac 3[ ]NaHSO ezaguna

valoranteV

Azido sendoaren tanta batzuk gehitu, adib.: 2 4H SO2 3 2 3 3H SO H O HSO H O

kolorgeamorea

Se determina el punto de equivalencia por cambio de color: de violeta a incoloro. Se mide

4[ ]MnO2 3mol H SO 4

2 3

2

5

mol MnO

mol H SO

problemaV

VVbaloratzailea baloratzailea ..

[[NaHSONaHSO33]]


ElektrokimikaElektrokimika


14

2( ) ( )2 2s sCu Ag Cu Ag

2 2( ) ( )s sCu Zn Cu Zn

Cu Cu

CuCu

Ag

Ag 3NO

2Zn 3NO 2Zn

3NO

Ag 3NO

2Cu

(Aurresan dezakegu erredox erreakziorik gertatuko den?)

[Lectura: Petrucci 21.1]

• ΔG

• Potenciales de electrodo (un criterio adicional, sencillo, derivado del anterior)

denbora pasa ondorendenbora pasa ondoren

denbora pasa ondorendenbora pasa ondoren


15

Erdipila elektrokimikoakErdipila elektrokimikoak


Ag e Ag 2 2Cu Cu e

¿Banan ditzakegu oxidazioa eta erredukzioa aurreko erreakzioan?

oxidazioa:erredukzioa:

Cu Ag

2Cu Ag

3NO3NO

0,2M 0,1M

elektrodoa elektrodoa


16

Pila elektrokimikoakPila elektrokimikoak


Ag e Ag 2 2Cu Cu e

Oxidazio eta erredukzio erdirreakzioak ontzi desberdinetan banantzeko tresna

oxidazioa:erredukzioa:

Cu Ag

2Cu Ag

K 3NO

Gatz zubia

voltmetroa

Anodoa

(oxidazioa) Katadoa

(erredukzioa)

3NO3NO

2(0, 2 )| MCu Cu

0,2M 0,1M

(0,1 ) |MAg Ag||

e e

anodoa katodoa

+0,422 V


17


2 2( ) ( )s sZn Cu Zn Cu

2 2Cu e Cu 2 2Zn Zn e oxidazioa:

erredukzioa:

Cu Zn

2Cu 2Zn

K Cl Gatz zubia

voltmetroa

24SO 2

4SO

0,2M 0,3M

e e

2 2( ) ( )s sCu Zn Cu Zn

-1,098 V


18


Zn Cu

2Zn 2Cu

K Cl Gatz zubia

voltmetroa

Anodoa

(oxidazioa) Katodoa

(erredukzioa

24SO 2

4SO

2(0, 3 )| MZn Zn

0,3M 0,2M

2(0, 2 ) |MCu Cu||

e e

2 2( ) ( )s sZn Cu Zn Cu

2 2Cu e Cu 2 2Zn Zn e oxidazioa:

erredukzioa:

anodoa katodoa

+1,098 V


19


Adibidea: Aluminioaks zink(II) ioiak desplazatzen ditu bere ur-disoluzioetan.a) Idatzi oxidazio eta erredukzio erdierreakzioak eta erreakzio osoa.b) Idatzi errekazio hau gertztzen deneko pilaren notazio laburtua.

2 3( ) ( ) ( ) ( )s ac ac sAl Zn Al Zn

2 2Zn e Zn 3 3Al Al e oxidazioa:

erredukzioa: 32

2 32 3 2 3Al Zn Al Zn

3 2| || |Al Al Zn Zn

osoa:

pila elektrokimikoa:

3 2( ) ( ) ( ) ( )| || |s ac ac sAl Al Zn Zn


Elektrodo Elektrodo potentzialakpotentzialak


21

Elektrodo potentzialakElektrodo potentzialak

• Pila elektrokimikoaren boltajea edo indar elektroeragilea(i.e.e.)elektrodoen potentzialen arteko kenketa da. – 1 V-eko potentzial difrentziak adierazten du 1 J lana egiten dela zirkuitu

elektrikotik 1 C karga pasatzen denean. • Edozein pilaren i.e.e. kalkula daite elektrodoen potentzialak jakinez

gero, berauen kenketa eginez.

• Elektrodo potentzialen eskala ondok erara egiten da : 1) Elektrodo konkretu bati zero potentzial esleitu, hidrogenozko elektrodoa

hain zuzen, eta 2) i.e.e.-aren ikurra erabaki kontutan izanik erreduzitzeko joera handiago

izango duela erredukzio potentzial handiago duenak.


22


1) Erreferentzi elektrodoa: hidrogenozko elektrodo estandarra

2) Erredukzio potentzialen zeinua

3) Elektrodoaren eredukzio-potentziala:• Eraikitzen da pila bat eta bere potentziala neurtu boltemetroaren

bidez(elekrodo bat hidrogenozkoa delarik).• Behatzen dugu ea elektroak anodo ala katodo gisa jokatzen duen.

sobre Pt

2(1 ) ( ,1 )2 2M g barH e H 2 ( ,1 ) (1 )| |g bar MPt H H

erredukzioa gertatzen den elektrodoa Oxidazioa gertatzen den elektrodoa

Elktrodoan erredukzioa badugu(katodoa):

Elektrodoan oxidazioa badugu(anodoa):

2

0

/0

H HE

2 ( ,1 )g barH

Pt(1 )MHCl

EE00 = E = E00katodo katodo –– EE00

anodoanodo

EEelektrodoelektrodo – E – E00H+/HH+/H = E = Epilapila

EE00H+/H H+/H -- E Eelektrodoelektrodo = E = Epilapila

EEelektrodoelektrodo = E = Epilapila > 0> 0

EEelektrodoelektrodo = - E = - Epilapila < 0< 0

22

22


23


• Erredukzio potentziala >0 bada esan nahi du hidrogenoak baino erreduzitzeko ahalmen handiago duela.– elektrodo horretan erredukzioa izango dugu eta hidrogeno elektrodoan

oxidazioa.– zenbat eta handoago erredukzio-potentzial hainbat handiago ahalmen

oxidatzailea.– zenbat eta gorago potentzieln eskalan hainbat handiago ahalmen

oxidatzailea.

• Erredukzio potentzial <0 izateak hidrogenoak baino erreduzitzeko halmen txikiago adierazten du.– elektrodoan oxidazioa izango da eta hidrogeno elektrodoan erredukzioa.– Zenbat eta beherago potentzialen eskalan eta hainbat txikiago ahalmen

oxidatzailea, edo handiago ahalmen erreduktorea.

• Tabulatzen dira, soilik, egoera estandarreko elektrodo potentzialak 298 K-tan.


24

Erredukzio-potentzialak 298 K-etanErredukzio-potentzialak 298 K-etan

2(0, 2 )| MCu Cu

2 ( ,1 ) (1 )| |g bar MPt H H Katodoa (erredukzioa)

anodoa (oxidazioa)

22 ( ,1 ) (1 ) (0, 2 )| | || |g bar M MPt H H Cu Cu

2(0, 2 )( | ) 0,319ME Cu Cu V

Prestaketa Behaketa

Ondorioa(ez da tabulatzen)

298K

Cu

2Cu

24SO

0,2M

e e+0,319 V

2 ( ,1 )g barH

Pt(1 )MHClH

Epila = 0,319 V


25

Erredukzio-potentzialk 298 K-etanErredukzio-potentzialk 298 K-etan

2(0, 2 )| MCu Cu

2 ( ,1 ) (1 )| |g bar MPt H H Katodoa (erredukzioa)

anodoa (oxidazioa)

22 ( ,1 ) (1 ) (0, 2 )| | || |g bar M MPt H H Cu Cu

2(0, 2 )( | ) 0,319ME Cu Cu V

Prestaketa Behaketa

Ondorioa (ez da tabulatzen)

298K

2(1 )| MCu Cu

2 ( ,1 ) (1 )| |g bar MPt H H katodoa (erredukzioa)

Anodoa (oxidazioa)

22 ( ,1 ) (1 ) (1 )| | || |g bar M MPt H H Cu Cu

0 2298 ( | ) 0,340E Cu Cu V

Ondorioa(tabulatzen da)

298K

(1 )| MAg Ag

2 ( ,1 ) (1 )| |g bar MPt H H katodoa (erredukzioa)

anodoa (oxidazioa)2 ( ,1 ) (1 ) (1 )| | || |g bar M MPt H H Ag Ag

0298 ( | ) 0,800E Ag Ag V

Ondorioa298K (tabulatzen da)

Epila = 0,319 V

Epila = 0,340 V

Epila = 0,800 V


26

Erredukzio-potentzialak 298K-etanErredukzio-potentzialak 298K-etan

2(1 )| MZn Zn

2 ( ,1 ) (1 )| |g bar MPt H H anodoa (oxidazioa)

katodoa (erredukzioa)

22(1 ) ( ,1 )| || | |M g barZn Zn H H Pt

0 2298 ( | ) 0,763E Zn Zn V

Ondorioa

(tabulatzen da)298K

2 ( ,1 )g barH

Pt(1 )MHClH

Zn

2Zn

24SO

0,3M

e e-0,763 V

Prestaketa Behaketa

Epila = 0,763 V


28

Erredukzio-potentzial estandarrak 298K-tanErredukzio-potentzial estandarrak 298K-tan

Ah

alm

en

oxid

atz

ailea

(err

ed

uzi

tzeko

joera

)

Ah

alm

en

erre

du

kto

rea (o

xid

atz

eko jo

era

)

http://www.uam.es/quimica/aimp/luis/Docencia/QB/Protegido/Potenciales_estandar_reduccion.htm










29

Erredukzio-potentzial estandarrak 298 K-etanErredukzio-potentzial estandarrak 298 K-etan

|Ag Ag Ag e Ag

0298 /E V

0,8002 |Cu Cu 2 2Cu e Cu 0,340

2|H H 222 2H e H 0

2 |Zn Zn 2 2Zn e Zn 0,763

Elektrodoa Erredukzio erdierreakzioa

2 |Cl Cl 2 2 2Cl e Cl 1,358

Adib.: Zink-kloro pilak ondoko erreakzioa du: Zn(s)+Cl2(g)ZnCl2(aq). Zenbatekoa pila estandarraren potentziala edo i.e.e. 298K-tan?

Adib.: Erdierreakzioak, erreakzio osoa eta i.e.e. ondoko pila estandarrena 298 K-etan :kobrea-zilarra eta kobtrea-zinka.

Ag e Ag 2 2Cu Cu e

2

22 2Cu Ag Cu Ag

Err:

Ox:

2 2Cu e Cu 2 2Zn Zn e

2 2Zn Cu Zn Cu

Err:

Ox:

E0 = +1,358 V –(-0,763) = 2,121 V

E0 = +0,800V – 0,340 = 0,460V E0 = +0,340 V – ( - 0,736V) = 1,103V


EEpp--ΔΔG-KG-Kor or erlazioakerlazioak


31

Relación ERelación Ecelcel--ΔΔGG

• -ΔG-k, P eta T konstantean, eginiko prozesutik lor daitekeen lana adierazten du (Barne-energia lan bihurtzen denean, beharrezkoa da bere zati bat

lan bihurtzea.)

• n mol e- transferitzen den pila elektrokimikotik igarotzen duen karga ondokoa da:

• Pilak egiten duen lan elektrikoa ondokoa da:

• Beraz:

• Erreakzioa (P eta T kte) espontaneo da baldin : ; hau da :

n F 1 96485 /F C mol e

elec celw n F E

0G

Erredox erreakzioaren EP>0 bada , kontzentrazio eta tenperatura egoera jakin batzuetan, egoera horretan erreakzioa espontaneoa izango da.

EP<0 bada, aurkako erreakzioa izango da espontaneoa, egoera horretan.

EP > 0

G = - n F EP G0 = - n F E0P

Welek = n F EP


32

EE00 - K- K erlazioaerlazioa

KnFRT

E ln0

0G

G0 = -RT ln K G0 = -n F E0

-RT ln K = -n F E0

G0 = -RT ln K

KnFRT

E ln0 G0 = -n F E0

K

E0


Kontzentrazioaren Kontzentrazioaren eragina eragina

potentzialetanpotentzialetan


34

Nernst-en ekuazioaNernst-en ekuazioa

QnFRT

EE ln0

Pilaren elektrodoetan daukagun disoluzioak 1 M direnean pila estandarra daukagu eta elektrodoen erredukzio-potentzial estandarren keknketa eginez lortuko da pilaren i.e.e. Eta kontzentrazioak ez badira 1M-ak?.

2(0, 2 ) (0,1 )| || |M MCu Cu Ag Ag

2 2(0, 3 ) (0, 2 )| || |M MZn Zn Cu Cu

¿Cómo cambian los potenciales con las concentraciones?

0 lnG G RT Q

Nernst-en ekuazioa

298T K

)a

)b

E = +0,371 V

E = +1,091 V

E0= +0,460 V

E0= +1,103 V

G0 = -n F E0G = -n F E

-n F E = -n F E0 + RT ln Q

Qn

EQnF

EE log0592,0

ln02569,0 00


35

Ecuación de NernstEcuación de Nernst

Los voltajes de las células electroquímicas de las diapositivas 17 y 19 no coinciden con las diferencias entre los potenciales de reducción estándar (diap.27) a 298K.

2(0, 2 ) (0,1 )| || |M MCu Cu Ag Ag

,298 0,422celE V 0,298 0,460celE V

2 2(0, 3 ) (0, 2 )| || |M MZn Zn Cu Cu

,298 1,098celE V 0,298 1,103celE V

)a

)b

)a

)b

22 2Cu Ag Cu Ag

2 2Zn Cu Zn Cu

2

,298 2

0,02569 [ ]0,460 ln

2 [ ]cel

V CuE V

Ag

2n

2n

2

0,02569 0,20,460 ln

2 0,1

VV

0,460 0,038V V

2

,298 2

0,02569 [ ]1,103 ln

2 [ ]cel

V ZnE V

Cu

0,02569 0,3

1,103 ln2 0,2

VV

1,103 0,005V V

0,422 V

1,098V

oxidazio-erredukzio erreakzioak

Documents