Reacciones redox en la industria

¿Qué es una reacción redox?

También es importante que veamos qué es el estado de oxidación:

Existen varias reglas para determinar el estado de oxidación de una especie, estas son:

• Los elementos simples y los compuestos de elementos simples tienen un estado de oxidación de 0.
• La suma de los estados de oxidación en un compuesto neutro es igual a 0.
• La suma de los estados de oxidación de un compuesto cargado es igual a la carga.
• En un compuesto, la especie más electronegativa (aquella que tiene más probabilidades de aceptar un electrón) tendrá un estado de oxidación negativo, mientras que la especie menos electronegativa (la que tiene más probabilidades de donar un electrón) tendrá un estado de oxidación positivo.
• En el caso de los iones, el estado de oxidación es igual a la carga.

Algunos elementos tienen un estado de oxidación habitual. Los metales de transición tienden a ser mucho más variables:

Tabla 1: Estados de oxidación típicos de algunos de los elementos químicos, junto con sus excepciones.

Ya que sabemos lo básico sobre los estados de oxidación, vamos a ver un ejemplo:

Aunque podemos calcular el número de oxidación de cada elemento de un compuesto, es más fácil calcular el número solamente para el catión (especie con carga positiva) y el anión (especie con carga negativa) en conjunto.

• Los iones como NO₃ y SO₄ no son los que se oxidan/reducen, por lo que no es necesario calcular el número de oxidación de cada elemento.

Ejercicios de reacciones redox

Ahora que sabemos cómo calcular los estados de oxidación, pasemos a un ejemplo de reacción redox:

Ajuste de reacciones redox

Un componente importante de las reacciones redox es que deben estar equilibradas tanto en carga como en masa. En el ejemplo anterior, todas las especies eran neutras, pero este no es el caso de todas las reacciones redox. Para equilibrar estas ecuaciones utilizamos el método de la semirreacción, en el que una o más de las especies están cargadas.

Veamos cómo podemos utilizar este método. Para escribir estas semirreacciones, debemos seguir los siguientes pasos:

1. Escribir la reacción desequilibrada en su forma iónica.
2. Determinar el estado de oxidación de cada especie en la reacción.
3. Determinar qué especie se está oxidando y cuál se está reduciendo.
4. Dividir la reacción en las dos semirreacciones.
5. Utilizar electrones para equilibrar la carga de cada semirreacción.
6. Multiplicar las semirreacciones necesarias para que el número de electrones se anule.
7. Combinar cada semirreacción y anular los términos semejantes.

Continuemos que los ejemplos, para entenderlo mejor:

La reacción final no debería tener ningún electrón como reactivo o producto, así que asegúrate de cancelarlos. Además, la semirreacción de reducción siempre tendrá sus electrones a la izquierda y la semirreacción de oxidación los tendrá a la derecha.

Aplicaciones de las reacciones redox

Las reacciones redox tienen numerosas aplicaciones, que son imprescindibles en nuestra vida cotidiana. Algunos ejemplos representativos son:

• Generación de electricidad.
• Purificación de sustancias.
• Funcionamiento de pilas.
• Funcionamiento de baterías.

Generación de electricidad

Las reacciones redox nos permiten, en algunas ocasiones, llevar a cabo reacciones de combustión, que son la base de la generación de electricidad. Esto es posible gracias a los combustibles fósiles que, al ser quemados, permiten que los motores de las centrales térmicas funcionen.

Purificación de sustancias

Podemos encontrar muchas de las sustancias que necesitamos en el día a día en la naturaleza, pero es muy raro encontrarlas en estado puro. Sin embargo, gracias a algunas reacciones químicas —como, por ejemplo, las reacciones redox de sustitución— podemos obtener ciertas sustancias en estado puro.

Funcionamiento de las pilas

Las reacciones redox son imprescindibles para el funcionamiento de las pilas. En la siguiente imagen puedes observar cuál es el desempeño de una pila redox:

Fig. 2: Ejemplo de una batería redox.

Las pilas consisten en dos electrodos de metal que se encuentran dentro de un electrolito, responsable de la conducción de los iones. Entre los electrodos y el electrolito se lleva a cabo una reacción química: en uno de ellos se produce la reacción de oxidación (ánodo) y en el otro se produce la reacción de reducción (cátodo). En este tipo de reacciones se produce un flujo de electrones, que permiten que haya una corriente eléctrica, lo que provoca el funcionamiento de la pila.

Funcionamiento de baterías

El proceso de funcionamiento de las baterías es parecido al de las pilas. Gracias a las reacciones químicas que se producen en su interior, tienen una zona negativa (terminal negativo) y una zona positiva (terminal positivo). La zona negativa tiene esta carga debido a la presencia de electrones, mientras que en la zona positiva no encontramos electrones.

Cuando la batería está en funcionamiento, se produce un flujo de electrones que va desde el terminal negativo hacia el terminal positivo. Esto es lo que se conoce como corriente eléctrica.

Ejemplos de reacciones redox en la industria

Uno de los ejemplos más importantes de las reacciones redox en la industria es, como hemos visto en el apartado anterior, la purificación de sustancias. Veamos el caso de la plata (Ag):

Otro ejemplo relevante de las reacciones redox en la industria es la electrodeposición.

Esta técnica se utiliza para aportar una característica nueva a un objeto; por ejemplo, resistencia a la corrosión. Este proceso es posible gracias a la corriente eléctrica que se aporta a la disolución para reducir los cationes y permitirles precipitarse sobre el objeto conductor.

Fig. 3: Electrodeposición del cobre sobre otro metal. Observa que se forma una fina capa de cobre por encima del metal que se encuentra por debajo. Esto permite conferirle las características físicas del cobre al metal que se encuentra por debajo.