Electroquímica Esencial: Reacciones Redox y Celdas Galvánicas

Conceptos Fundamentales de Electroquímica

Estados de Oxidación

El estado de oxidación es la carga asociada a un elemento en un compuesto, atendiendo a las siguientes reglas. Es una medida del grado de oxidación de un átomo en una sustancia y corresponde con la carga que se le podría considerar asociada.

Reglas para determinar el estado de oxidación:

• El estado de oxidación de un átomo en su estado elemental (no combinado) es 0.
• Para iones monoatómicos, el estado de oxidación es igual a su carga neta.
• El hidrógeno (H) suele tener un estado de oxidación de +1, excepto en hidruros metálicos donde es -1 (ej. LiH).
• El oxígeno (O) suele tener un estado de oxidación de -2, excepto en peróxidos donde es -1 (ej. H₂O₂).
• La suma de los estados de oxidación de todos los átomos que forman una sustancia neutra debe ser 0. Para un ion poliatómico, la suma debe ser igual a la carga neta del ion.

Par Redox

Un par redox (o par óxido-reducción) está compuesto por dos sustancias que determinan la oxidación o la reducción: una forma reducida y una forma oxidada.

Potencial Redox

El potencial redox es una magnitud relacionada con la energía intercambiada en un proceso redox. El potencial de reducción y el potencial de oxidación son opuestos entre sí y corresponden a la reducción y oxidación del par redox, respectivamente.

Energía Libre de Gibbs

La energía libre de Gibbs (ΔG) es la energía disponible para realizar un trabajo útil cuando se produce un cambio en un sistema. Un cambio es espontáneo si la variación de la energía libre de Gibbs (ΔG) es negativa (ΔG < 0).

Celdas Electroquímicas

Celdas Electrolíticas

En las celdas electrolíticas, es necesario emplear un contacto eléctrico que permita la transferencia de electrones al par redox. Los electrodos son los conductores eléctricos en una celda electroquímica, donde tiene lugar la transferencia de electrones (e⁻). Se denomina ánodo al electrodo donde ocurre la oxidación, y cátodo al electrodo donde ocurre la reducción.

Celdas Galvánicas

Una celda galvánica (o voltaica) es una celda electroquímica en la que se produce un proceso redox que genera una corriente eléctrica entre sus electrodos (ánodo y cátodo), capaz de desarrollar un trabajo útil. Los compartimentos de la celda están separados para evitar la reacción directa, pero conectados por un cable conductor externo y por un puente salino, a través del cual circulan los iones. Un ejemplo clásico es la celda de Daniell, que utiliza los pares Cu/CuSO₄ y Zn/ZnSO₄.

Volumetría Redox

La volumetría redox se basa en utilizar una disolución que se denomina reactivo valorante para analizar una muestra. Los pasos generales para realizar una valoración redox son:

1. Preparar la muestra: Asegurar que la muestra esté en una forma adecuada para la reacción.
2. Elegir el reactivo valorante: Seleccionar una sustancia con una concentración conocida que reaccione estequiométricamente con el analito.
3. En un matraz (generalmente un Erlenmeyer) se coloca una cantidad conocida de una de las sustancias, ya sea la muestra o el valorante.
4. Con una bureta, vertemos la otra disolución de forma controlada.
5. Añadimos un indicador para conocer el punto final de la valoración, que es el momento en que la reacción ha completado.
6. Medimos el volumen empleado del reactivo valorante y realizamos el cálculo estequiométrico para determinar la concentración del analito en la muestra.