Reacciones Redox y Electroquímica: Conceptos Fundamentales y Aplicaciones

Conceptos Fundamentales de las Reacciones Redox

• Agente reductor: Es la sustancia que contiene el elemento cuyo número de oxidación aumenta. Este elemento se oxida, reduciendo a otro.
• Agente oxidante: Es la sustancia que contiene el elemento cuyo número de oxidación disminuye. Este elemento se reduce, oxidando a otro.
• Semirreacción de oxidación: Es el proceso en el que un elemento aumenta su número de oxidación, lo que equivale a una pérdida de electrones (e-).

Balance de Ecuaciones Redox

Para balancear una ecuación redox, se debe realizar:

• Un balance de masas que asegure que hay el mismo número de átomos de cada elemento en ambos miembros de la ecuación.
• Un balance de cargas para asegurar que el número de electrones cedidos en la oxidación del reductor sea igual al número de electrones ganados en la reducción del oxidante.

Puede seguirse el método del ion-electrón.

Pilas Voltaicas y Potencial Estándar

Una pila voltaica es un dispositivo que permite producir corriente eléctrica a partir de una reacción redox espontánea.

• Ánodo: Polo negativo, es el electrodo donde se produce la oxidación.
• Cátodo: Polo positivo, es el electrodo donde se produce la reducción.

Los electrones circulan del ánodo al cátodo por el conductor externo. Un electrodo actúa como cátodo o ánodo dependiendo de la naturaleza del otro electrodo con el que forma la pila voltaica.

El potencial estándar o fuerza electromotriz (fem) de la pila se calcula mediante la expresión:

E_pila = E_cátodo - E_ánodo

Poder Oxidante y Reductor

El poder oxidante y el poder reductor de una especie química dependen del valor de su potencial estándar de reducción:

• Cuanto más positivo es el potencial estándar de reducción, mayor es la fuerza oxidante de la especie que aparece en la semirreacción.
• Cuanto más negativo, o menos positivo, es el potencial estándar de reducción, mayor es la fuerza reductora de la especie que aparece en la semirreacción.

Espontaneidad de las Reacciones Redox y Energía Libre

Una reacción redox es espontánea si el valor de la fuerza electromotriz o potencial estándar de la pila que podrían formar las dos semirreacciones que constituyen la reacción redox es positivo.

La variación de energía libre que tiene lugar durante una reacción redox es igual al trabajo eléctrico máximo que puede conseguir dicha reacción y, en condiciones estándar, puede calcularse a partir de:

ΔG = -nFE

• Donde "n" es el número de moles de electrones transferidos.
• "F" es la constante de Faraday (96500 C/mol).
• "E" es el potencial estándar de la reacción.

Electrólisis y Leyes de Faraday

La electrólisis es el proceso en el que el paso de la corriente eléctrica por una disolución o por un fundido de un electrolito produce una reacción de oxidación-reducción no espontánea. La cuba electrolítica es el recipiente donde se produce la electrólisis.

Leyes de Faraday de la Electrólisis

• Primera ley: La cantidad de sustancia que se deposita o desprende en los electrodos de una cuba electrolítica es proporcional a la cantidad de electricidad que circula por ella.
• Segunda ley: La carga total que debe pasar por una cuba electrolítica para que circule 1 mol de electrones es de 96500 C (1 F).