Estequiometría redox

Término empleado para referirse a todos los aspectos cuantitativos de la composición y de las reacciones químicas de reducción-oxidación o redox.

Al igual que en otros tipos de reacción, los procesos de oxidación-reducción establecen relaciones ponderales entre las sustancias reaccionantes y los productos de la reacción. Estas relaciones se basan en el hecho de que las sustancias reaccionan equivalente a equivalente, lo que en este caso concreto supone que el número de equivalentes del reductor es igual al número de equivalentes del oxidante.

A estos efectos, es importante tener en cuenta los siguientes extremos:

·      Un equivalente de un reductor es la masa de sustancia que cede un mol de electrones, mientras que un equivalente de un oxidante es la cantidad de materia que acepta un mol de electrones.

·      La masa equivalente de una sustancia en un proceso redox viene dado por la masa molecular de la sustancia en cuestión, dividida por su valencia, entendiéndose por tal el número de electrones involucrados en su reacción de oxidación o reducción, según el caso.

·      Lógicamente, la masa equivalente dependerá de la reacción que se lleve a cabo. Por ejemplo, el hierro puede oxidarse a FeO y a Fe2O3. En el primer caso, el proceso es:

Y en el segundo:

Dado que la masa atómica del hierro es 56, su masa equivalente en el primer proceso es:

Y en el segundo:

·      Si el proceso de oxidación ? reducción tiene lugar entre disoluciones, la igualdad existente entre el número de equivalentes de oxidante y reductor permite establecer la siguientes igualdad:

Donde:

VO = Volumen del oxidante   ;   NO = Normalidad del oxidante

VR = Volumen del reductor   ;   NR = Normalidad del reductor

Problema 1

En medio ácido, el ión dicromato oxida al ión ferroso que pasa a ión férrico, mientras que él se reduce a ión crómico.

Ajustar la ecuación iónica del proceso redox.

¿Cuántos gramos de dicromato potásico son necesarios para preparar 250 ml de una disolución 0,2 N de dicho agente oxidante?

Masas atómicas:  O = 16  ;  K = 39  ;  Cr = 52

Solución. Los procesos de oxidación y reducción que se llevan a cabo son, respectivamente:

Oxidación:            

Reducción:            

Aplicando el método del ión-electrón, las semirreacciones de oxidación y reducción se ajustarán a:

Semirreación iónica de oxidación: 

Semirreacción iónica de reducción:

Multiplicando la primera por 6, a fin de igualar el número de electrones presentes en la segunda, y sumando ambas a continuación:

Si la disolución de dicromato potásico es 0,2 N, eso significa que en un litro (1000 cm3) de ella hay 0,2 equivalentes, luego:

Si en 1000 cm3               hay                        0,2 equivalentes

En   250 cm3               habrá                       x  equivalentes

De donde:

La masa molecular del dicromato potásico (K2Cr2O7) es:

y como, según se observa en la correspondiente semirreacción, su reducción exige 6 moles de electrones:

Así pues, los 0,05 equivalentes que se precisan supondrán:

Problema 2

Formular y ajustar por el método del ión-electrón la correspondiente ecuación.

Indicar cuál es el oxidante y su peso equivalente.

Ídem con el reductor.

Solución. Las correspondientes semirreacciones son:

Oxidación:

Reducción:

Sumando directamente ambas, ya que el número de electrones es igual en las dos:

Completando la reacción, para lo que añadimos un ión SO4 en los dos miembros y los cationes correspondientes:

El oxidante es el ión SO42-. Efectivamente, en el H2SO4 el número de oxidación del azufre es:

mientras que en el SO2 es:

Lo que implica que cuando se pasa del SO42- al  SO2, el átomo de azufre toma dos electrones. En consecuencia:

El reductor es el ión Br -, el cual cede electrones. Por tanto: