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Igualación de ecuaciones químicas utilizando el método ión-electrón




Enviado por gcdi



    Indice
    1.
    Introducción

    2. Introducción de los
    contraiones de los compuestos iónicos que aparecen en la
    ecuación igualada.

    3. Igualación de las
    hemirreacciones

    4. Introducción de los contraiones
    correspondientes a las especies iónicas para transformar
    la ecuación iónica en una ecuación
    molecular

    1.
    Introducción

    El método
    ión-electrón es útil para balancear ecuaciones
    correspondientes a reacciones redox (reacciones de
    óxido-reducción) que ocurren en medio acuoso
    ácido o alcalino; pero sólo es aplicable a
    reacciones que ocurren bajo éstas condiciones.

    En éste capítulo se van a describir los
    pasos a seguir para balancear una ecuación química por
    éste método.

    Pasos a seguir:
    I) Asignación del número de oxidación a
    todos los átomos de los compuestos que intervienen en la
    reacción.
    II) Ubicar cuáles son los elementos que se oxidan y
    cuáles son los que se reducen.
    III) Disociar todas aquellas especies químicas que son
    disociables y/o ionizables.
    IV) Escribir las hemirreacciones de oxidación y de
    reducción.

    Ejemplo:

    Se tiene la siguiente ecuación sin
    balancear:

    Cl2 + NaOH Â NaCl +
    NaClO + H2O

    I) Asignación del número de
    oxidación:
    0 +1 –2 +1 +1 –1 +1 +1 –2 +1 -2
    Cl2 + NaOH Â NaCl + NaClO +
    H2O

    II) Ubicar cuáles son los elementos que se oxidan
    y cuáles son los que se reducen:
    Hay que tener en cuenta que se define como oxidación la
    pérdida de electrones y por lo tanto aumento del
    número de oxidación; y que se define como
    reducción la ganancia de electrones o disminución
    del número de oxidación. Cuando se habla de aumento
    del número de oxidación se quiere dar a entender
    que éste se hace más positivo, y cuando se habla de
    disminución del número de oxidación se
    quiere dar a entender que éste se hace más
    negativo.

    En nuestro ejemplo vemos que el cloro ( Cl2 )
    cambia su número de oxidación de 0 a –1
    cuando forma parte del NaCl, su número de oxidación
    disminuye, por lo tanto se reduce.

    También vemos que el cloro cambia su
    número de oxidación de 0 a +1 cuando forma parte
    del NaClO, su número de oxidación aumenta, por lo
    tanto se oxida.

    III) Disociar todas las especies químicas que son
    disociables y/o ionizables:
    Cl2 + Na+ + OH-
    Â
    Na+ + Cl- + Na+ +
    ClO- + H2O

    IV) Escribir las hemirreaciones de oxidación y de
    reducción:
    Hemirreacción de oxidación:
    Cl2 Â ClO-

    Hemirreacción de reducción:
    Cl2 Â Cl-

    Los siguientes pasos son:
    V) Igualación de las hemirreacciones:

    Éste ítem por una cuestión
    práctica se subdividirá en varios pasos:
    Igualación de la masa del elemento que se oxida o
    reduce:
    Si el elemento que se oxida o reduce forma una molécula
    poliatómica, se deberá igualar la cantidad de
    éstos átomos que figuran en los reactivos con la
    cantidad que figura en los productos.

    Hemirreación de oxidación:
    Cl2 Â 2 ClO-

    Hemirreacción de reducción:
    Cl2 Â 2 Cl-

    Colocación de los electrones ganados o perdidos
    en la reacción de oxidación o
    reducción.

    Se colocarán tantos electrones como unidades
    cambie el número de oxidación del elemento que se
    oxida o reduce por cada átomo de
    éste, en el caso de la oxidación los electrones se
    colocarán del lado de los productos,
    dado que el elemento que se oxida pierde éstos electrones;
    En el caso de la reducción, los electrones se
    colocarán del lado de los reactivos, dado que el elemento
    que se reduce gana electrones.

    Hemirreacción de oxidación
    Cl2 Â 2ClO- + 2 e- (un
    electrón por cada átomo de
    cloro que cambia su estado de
    oxidación de a +1)

    Hemirreacción de reducción
    Cl2 + 2 e- Â 2
    Cl- (un electrón por cada átomo de cloro
    que cambia su estado de
    oxidación de 0 a –1)

    Igualación de las cargas

    Se deberán igualar las cargas eléctricas a
    ambos lados de la semiecuación, éste procedimiento se
    hará con protones o con oxidrilos dependiendo que la
    reacción se lleve a cabo en medio ácido o alcalino,
    para saber en que medio se lleva a cabo la reacción hay
    que observar si en la ecuación sin igualar aparecen
    protones u oxidrilos, en nuestro ejemplo la reacción
    ocurre en medio alcalino, por lo que se utilizarán
    oxidrilos para igualar las cargas.

    Hemirreacción de oxidación
    Cl2 + 4 OH- Â 2
    ClO- + 2 e-

    Hemirreacción de reducción
    Cl2 + 2 e- Â 2
    Cl- (en este caso la semiecuación presenta
    igualadas sus cargas, por lo que no se deben realizar otras
    modificaciones)

    Igualación de la masa de oxígeno
    e hidrógeno:

    Se deberá igualar la cantidad de átomos de
    oxígeno e hidrógeno a ambos lados de la
    semiecuación, para esto se utilizarán
    moléculas de agua.

    Hemirreacción de oxidación
    Cl2 + 4 OH- Â 2
    ClO- + 2 e- + 2 H2O

    Hemirreacción de reducción
    Cl2 + 2 e- Â 2
    Cl-

    Debe aclararse que para igualar la masa de
    oxígeno e hidrógeno se mira sólo uno de
    estos dos elementos, dado que al igualarlo el otro también
    se iguala.

    Suma de las dos semiecuaciones:

    Deberán sumarse las dos semiecuaciones teniendo
    en cuenta que debe haber concordancia entre la cantidad de
    electrones que aparecen en los reactivos y los productos para
    poder
    cancelarlos, dado que éstos no aparecen en la
    ecuación química son
    igualar.

    En nuestro ejemplo aparecen dos electrones en los
    reactivos y el mismo número de electrones en los
    productos, por lo que no hay que realizar ningún otro
    procedimiento,
    si esto no fuese así, habrá que multiplicar en
    forma cruzada las semiecuaciones por el número de
    electrones que figuran en la semiecuación contraria. Al
    sumar o multiplicar ecuaciones químicas se les debe dar el
    mismo tratamiento que a las ecuaciones matemáticas.

    Cl2+ 2 e- Â 2
    Cl-
    Cl2 + 4 OH-
    Â
    2 ClO- + 2 e- + 2 H2O
    _________________________________
    2 Cl2 + 2 e- + 4
    OH- Â 2 Cl- + 2 ClO- +
    2 e- + 2 H2O

    Observar que luego de sumar las dos semiecuaciones
    aparecen la misma cantidad de electrones en los reactivos y en
    los productos, por lo que peden cancelarse.

    2. Introducción de los contraiones de los
    compuestos iónicos que aparecen en la ecuación
    igualada.

    Se debe observar cual es el contraión
    correspondiente a cada ión y colocarlo junto con el
    ión correspondiente para transformar la ecuación
    iónica en una ecuación molecular, sí como
    también hay que los mismos iones que ingresan en los
    reactivos deben ingresar en los productos.

    2 Cl2 + 4 OH- Â 2
    Cl- + 2 ClO- + 2
    H2O
    ´ 4 Na+ ´ 2
    Na+ ´ 2 Na+
    2 Cl2 + 4
    NaOH Â 2 NaCl + 2 NaClO + 2 H2O
    (Observar que se han introducido 4 cationes Na+ tanto
    en los reactivos como en los productos)

    Y finalmente obtenemos la ecuación igualada:
    2 Cl2 + 4 NaOH Â 2 NaCl + 2
    NaClO + 2 H2O

    Hasta aquí fueron expuestos los pasos a seguir
    para igualar una ecuación química por el
    método ión-electrón. Se expone a
    continuación una ecuación química igualada
    explicada paso por paso para que se termine de comprender el
    procedimiento.

    MnO4K + KCl +
    H2SO4 Â
    MnSO4 + Cl2 +
    K2SO4

    Asignación de los números de
    oxidación correspondientes
    +7 –2 +1 +1 –1 +1 +6 –2 +2 +6 –2 0 +1 +6
    -2
    MnO4K + KCl + H2SO4
    Â
    MnSO4 + Cl2 +
    K2SO4

    Ubicar cuáles son los elementos que se oxidan y
    cuáles son los que se reducen

    Observar que el manganeso cambia su número de
    oxidación de +7 a +2 (disminuye), por lo tanto éste
    es el elemento que se reduce; observar así mismo que el
    cloro cambia su número de oxidación de –1 a 0
    (aumenta), por lo tanto éste es el elemento que se
    oxida.

    Agente oxidante: MnO4K
    Agente reductor: KCl

    Se dice que el compuesto que contiene el elemento que se
    reduce es el agente oxidante, porque es el compuesto que se pone
    a reaccionar para producir una reacción de
    oxidación, así mismo se dice que el compuesto que
    contiene el elemento que se oxida es el agente reductor, porque
    es el compuesto que se pone a reaccionar para producir una
    reacción de reducción. Esta aclaración es
    sobre todo semántica, dado que las reacciones de
    óxido reducción no ocurren por separado, para que
    un elemento se oxide deber haber alguno que se reduzca y
    viceversa.

    Disociar las especies químicas que son
    disociables y/o ionizables
    K+ + MnO4- + K+ +
    Cl- + 2 H+ +
    SO4-2 Â
    Mn+2 + SO4-2 +
    Cl2 + 2 K+
    +SO4-2

    Escribir las hemirreacciones de oxidación y de
    reducción

    Hemirreacción de oxidación
    Cl- Â Cl2

    Hemireracción de reducción
    MnO4- Â
    Mn+2

    3. Igualación de
    las hemirreacciones

    Igualación de la masa del elemento que se oxida o
    reduce

    Hemirreacción de oxidación
    2 Cl- Â Cl2

    Hemireacción de reducción
    MnO4- Â
    Mn+2

    Colocación de los electrones ganados o perdidos
    en la reacción de oxidación y
    reducción

    Hemirreacción de oxidación
    2 Cl- Â Cl2 + 2
    e-

    Hemirreacción de reducción
    MnO4- + 5 e- Â
    Mn+2

    Igualación de las cargas

    En éste caso la reacción ocurre en medio
    ácido, por lo tanto las cargas serán igualadas con
    protones (observar que en la ecuación sin igualar aparecen
    en los reactivos ácido sulfúrico)

    Hemirreacción de oxidación
    2 Cl- Â Cl2 + 2 e- (en
    éste caso las cargas ya se encuentran igualadas, por lo
    tanto no se deben realizar otras modificaciones)

    Hemirreacción de reducción
    MnO4- + 5 e- + 8
    H+ Â Mn+2

    Igualación de la masa de oxígeno e
    hidrógeno

    Como ya fue expuesto, se iguala con agua l masa de
    alguno de éstos dos elementos y la masa del otro
    también queda igualada

    Hemirreacción de oxidación
    2 Cl- Â Cl2 + 2
    e-

    Hemirreacción de reducción
    MnO4- + 5 e- + 8
    H+ Â Mn+2 + 4
    H2O

    Suma de las dos semiecuaciones

    Observar que en este caso el número de electrones
    que aparecen en las semiecuaciones de oxidación y
    reducción no coinciden, por lo tanto para poder
    cancelarlos se deberán multiplicar en forma cruzada las
    semiecuaciones por el número de electrones que aparecen en
    la semiecuación contraria (la semiecuación de
    oxidación se multiplicará por el número de
    electrones que aparecen en la semiecuación de
    reducción y viceversa).

    (2 Cl- Â
    Cl2 + 2 e-) X 5
    (MnO4- + 5 e- + 8
    H+ Â Mn+2 + 4 H2O) X
    2
    _______________________________________
    10 Cl- + 2 MnO4- + 10
    e- + 16 H+ Â 5
    Cl2 + 10 e- + 2 Mn+2 + 8
    H2O

    4. Introducción de los
    contraiones correspondientes a las especies iónicas para
    transformar la ecuación iónica en una
    ecuación molecular

    Se debe observar que se deben introducir la misma
    cantidad de iones de las especies ingresantes tanto en los
    reactivos como en los productos.

    10 Cl- + 2 MnO4- + 16
    H+ Â 5 Cl2 + 2 Mn+2 + 8
    H2O
    ´ 10 K+ ´ 2
    K+ ´ 8 SO4-2
    ´
    2 SO4-2 ´ 6
    SO4-2 ´ 12
    K+

    Observar que en los productos se han introducido 6
    aniones sulfato y 12 cationes potasio, los cuáles no se
    colocan para aparearse con ningún ión de la
    ecuación iónica; éstos ingresan en los
    productos para compensar el sulfato y el potasio que ingresa en
    los reactivos. Recordar que al igualar la ecuación, todo
    lo que ingresa en los reactivos debe tener su contraparte en los
    productos para así poder cumplir con la ley de Lavoisier
    (principio de la conservación de la masa).

    Y finalmente obtenemos la ecuación
    igualada:

    10 KCl + 2 MnO4K + 8
    H2SO4 Â 5
    Cl2 + 2 MnSO4 + 6
    K2SO4 + 8 H2O

     

     

    Autor:

    Gustavo Carlos Di Iorio

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