Oxido reduccinDiana Isabel Bustillos Ortiz Universidad Tcnica de Ambato, Facultad de ciencia e Ingeniera en Alimentos, Carrera de Ingeniera Bioqumica, Laboratorio de Qumica Analtica II y Termodinmicabell_diany@hotmail.comResumen Una reaccin de xido reduccin (redox) es una reaccin de transferencia de electrones. La especie que pierde los electrones se oxida y la que gana se reduce. Se llama reductor a la especie que sede los electrones y oxidante a la que los capta.Las reacciones redox evitan que queden tomos (y por consecuencia, electrones) libres en el organismo. Esto es de vital importancia biolgica, ya que si existiese un libre movimiento de iones elctricos en el organismo, el cuerpo humano sera un conductor perfecto de la electricidad y la vida no existira como tal debido a que el cuerpo estara "cargado" de corriente elctrica, por lo tanto el objetivo de la experimentacin es entender los principios bsicos de las reacciones Redox para lo cual se utiliz clavos de hierro y soluciones de CuSO4*5H2O 0.1M y ZnSO4*7H2O 0.1M. Se observ que el clavo de hierro sumergido en una solucin de CuSO4*5H2O 0.1M se oxida rpidamente depositndose Cu(s) en la superficie del clavo tornndose de color cobrizo el clavo, al colocar otro clavo de hierro en una solucin de ZnSO4*7H2O 0.1M no se observaron cambios ni en la solucin ni en la superficie del clavo, por lo cual se concluye que una reaccin Redox se produce cuando existe un agente oxidante y un agente reductor, si el potencial estndar de la reaccin es positivo, la reaccin es espontnea es decir el proceso global s se produce y si por el contrario el potencial estndar de la reaccin es negativo, la reaccin es no espontnea es decir el proceso global no se produce.

Palabras Clave: Reacciones Redox, Clavo de hierro, Cu, Zn, Oxidacin, Reduccin

ClculosCalculo 1. Preparacin de disoluciones CuSO4*5H2O (0,1M)

g=0,1M (249,68g/mol) (0,025L)g= 0,6242 g de CuSO4*5H2O en 25 ml de agua ZnSO4*7H2O (0,1 M)g= 0,1M (287,5 g/mol)(0,025L)g= 0,71875 g de ZnSO4*7H2 en 25 ml de agua Datos y ResultadosCuadro 1. Observacin de la oxidacin de clavos Reaccin Fotografa Observaciones

CuSO4*5H2O(0,1M) +Clavo de hierro

El clavo de hierro sumergido en una solucin de CuSO4*5H2O 0,1M se oxid rpidamente tornndose de color cobrizo , se produjo un ligero burbujeo en la solucin de CuSO4*5H2O 0,1M

ZnSO4*7H2O(0,1M)+Clavo de hierroEl clavo de hierro sumergido en una solucin de ZnSO4*7H2O 0,1M no se torn de otro y no se observaron cambios en la solucin.

Elaborado por: Bustillos. D, 2014

DiscusinEl clavo se oxida debido a que el sulfato de cobre es una sal soluble, por lo que una solucin de esta sal contendr iones Cu++ y SO4 2-. En un clavo el hierro est con nmero de oxidacin 0 (Fe(s)). Los iones Cu++ reaccionan con la Fe (s) quitndole electrones, producindose una reaccin de xido-reduccin, el cobre al reducirse se transforma en Cu(s) (cobre metlico), y como esta reaccin se lleva a cabo en la superficie del clavo, el Cu(s) se adhiere al clavo y por eso toma el color cobrizo.En el caso del clavo de hierro y la solucin de ZnSO4*7H2O 0,1 M no sucedi nada al instante esta reaccin de xido reduccin se da despus de una largo tiempo de contacto.ConclusinSe concluye que una reaccin Redox se produce cuando existe un agente oxidante y un agente reductor, si el potencial estndar de la reaccin es positivo, la reaccin es espontnea es decir el proceso global s se produce y si por el contrario el potencial estndar de la reaccin es negativo, la reaccin es no espontnea es decir el proceso global no se produce.Cuestionario1. Despus de haber hecho tus observaciones, da una explicacin a los fenmenos observados.El clavo que se coloca en la disolucin de ZnSO4 no sufre ningn cambio. En cambio el clavo que se coloca en la disolucin de CuSO4 se empieza a poner de un color rojizo el clavo se recubre de cobre. El Cu2+ se encuentra en la disolucin gana 2e- que pierde en Fe (metlico) y se forma Cu (metlico).2. Determina la fuerza reductora relativa de Fe, Cu y Zn.Cu2+(ac) + 2e- Cu(s)E = +0.34VFe2+(ac) + 2e- Fe(s)E = -0.44VZn2+(ac) + 2e- Zn(s)E = -0.76V 3. Cul es la fuerza reductora relativa de Fe, Cu y Zn, cuando se introduce un clavo de hierro dentro de una disolucin de sulfato de cobre (II) o de sulfato de zinc?Fe0Fe2+ (el Fe0 perdi dos e, por lo tanto se oxid)Cu2+ Cu0 (el Cu2+gan dos e. por lo tanto se redujo)

4. Tras medir la diferencia de potencial creada por las celdas siguientes: Zn |Zn2+ Fe2+ FeZn Zn2+ Cu2+ CuFe Fe2+ Cu2+ Cu Plantea las reacciones generadas espontneamente y calcula los valores de las constantes de equilibrio correspondientes.Zn + Fe2+ Zn2+ + FeZn + Cu2+ Zn2+ + CuFe + Cu2+ Fe2+ + Cu

BIBLIOGRAFA Mills, I. (1998). IUPAC Quantities, Units and Symbols in Physical Chemistry, 2nd ed.; Blackwell Science: Oxford Shakhashiri, B.Z. (1992) Chemical Demonstrations. A Handbook for Teachers of Chemistry; The University of Wisconsin: USA, Vol. 2, pp 90-92

Celdas electroqumicasDiana Isabel Bustillos Ortiz Universidad Tcnica de Ambato, Facultad de ciencia e Ingeniera en Alimentos, Carrera de Ingeniera Bioqumica, Laboratorio de Qumica Analtica II y Termodinmicabell_diany@hotmail.com

Resumen

La celda electroqumica llamada tambin celda voltaica o celda galvnica, es un mecanismo en el cual se produce una reaccin qumica espontnea que da lugar a una diferencia de potencial elctrico entre los dos electrodos para as poder generar electricidad mediante una reaccin redox espontnea en donde la sustancia oxidante est separada de la reductora de manera que los electrones deben atravesar un alambre de la sustancia reductora hacia la oxidante. Las celdas electroqumicas son la base para la generacin de electricidad por reacciones qumicas, por lo tanto el objetivo de la presente experimentacin es construir celdas electroqumicas. Para llevar a cabo la experimentacin se utiliz lminas de Cu, Zn, Fe, puentes salinos con KCl , los reactivos Cu(NO3)2 , Zn(NO3)2, FeSO4,y un voltmetro. Se procedi a elaborar las distintas celdas y se obtuvo como resultado la formacin de energa qumica por medio de la interaccin de dos semiceldas , por lo tanto se concluye que al construir celdas electroquimicas es necesario tener dos semiceldas una con el agente oxidante y una con el agente reductor , ctodo y nodo respectivamente.Palabras clave: Celdas electroqumicas, Zn, Cu, Fe, Potencial de la celda.

Datos y Resultados Cuadro 1. Observaciones celdas electroqumicas CeldaCtodo ( cable rojo)nodo ( cable negro)

Zn Zn2+ Fe2+ FeZnFe

Zn Zn2+ Cu2+ CuCuZn

Fe Fe2+ Cu2+ CuCuFe

Elaborado por: Bustillos. D, 2014

Tabla 1. Diferencia de Potencial de celdas electroqumicasCeldaEQ*Kep

Zn Zn2+ Fe2+ Fe140 mV15.37 x 104

Zn Zn2+ Cu2+ Cu568 mV11.54 x 1019

Fe Fe2+ Cu2+ Cu628 mV11.64 x 10 21

Elaborado por: Bustillos. D, 2014 ClculosClculo 1. Preparacin de disoluciones Cu(NO3)2 x 3H2O 0.1M

g= 1M (242,60 g/mol) (0,1L) g= 24.26 g de Cu (NO3)2 en 100 ml de agua Clculo 2. Kep Fe |Fe2+|| Zn2+|Zn Kep= 10 2e (0.140V / 0.0592) = 10 21.21Kep= 5.37 x 10 4

DiscusinSe construyeron semiceldas de hierro, cobre y zinc para posteriormente medir su potencial al unirlas con un puente salino (Zn/Zn2+, Fe/Fe2+ y Cu/Cu2+), las reacciones ocurridas fueron espontneas ya que se llevaron a cabo entre el oxidante y el reductor ms fuerte segn las escalas de potencial bibliogrficas, el puente salino que se coloco tiene la funcin de evitar que se forme cualquier precipitado. As al calcular los valores de las constantes de equilibrio correspondientes se obtuvo que de acuerdo a las constantes calculadas se puede observar que a mayor diferencia de potencial mayor es la constante por lo tanto se dice que son directamente proporcionales.

Conclusin Se concluye que al construir celdas electroqumicas es necesario tener dos semiceldas una con el agente oxidante y una con el agente reductor, ctodo y nodo respectivamente lo cual permitir la produccin de energa mediante el transporte de electrones entre las dos celdas utilizando como unin el puente salino en este caso el puente contena KCl , para medir el potencial de la celda experimentalmente se usa un voltmetro en donde es necesario colocar los cables del voltmetro adecuadamente, para que se d una lectura correcta.

Cuestionario 1. Representa en un diagrama cada una de las pilas que construiste, indicando claramente el nodo, el ctodo y la direccin en la que fluyen los electrones

Zn Zn2+ Fe2+ FeZn Zn2+ Cu2+ CuFe Fe2+ Cu2+ Cu

2. Describe cada una de las pilas representadas en el inciso anterior, de acuerdo a la nomenclatura aceptada por la IUPAC.a) Zn (s) | Zn2+ (1M) || Fe2+ (1M)| Fe(s)

b) Zn(s) | Zn2+ (1M) || Cu2+ (1M) |Cu(s)

c) Fe(s) |Fe2+ (1M) || Cu2+ (1M) | Cu(s)3. Con base en los datos de diferencia de potencial, establece una escala de potencial en donde se representen los tres pares redox propuestos en el experimento indicando claramente su fuerza xido reductora relativa. Oxidante ms fuerte

SemiceldasE

Cu +2 + 2e Cu00,34

Fe+2 + 2e Fe0- 0,440

Zn+2 +2e Zn0-0,763

Reductor ms fuerte

4. Empleando la escala propuesta en 3 de este cuestionario, plantea las reacciones redox balanceadas que pueden ocurrir espontneamente entre las especies de los pares redox estudiadosCu2+ + Zn0 Cu0 + Zn2+

Fe2+ + Zn0 Fe0 + Zn2+

Cu2+ + Fe0 Cu0 + Fe2+

5. Escribe las ecuaciones de Nernst para cada semireaccin propuesta.

Zn2+/Zn0 E = -0.763 + (0.0592/ 2) log (Zn2+/Zn0)

Cu2+/Cu0 E= - 0.337 + (0.0592/ 2) log (Cu2+/Cu0)

Fe2+/Fe0 E = -0.440 + (0.0592/ 2) log (Fe2+/Fe0)

6. Calcula las constantes de las reacciones propuestas, tomando en cuenta los datos experimentales.Fe |Fe2+|| Zn2+|Zn Kep= 10 2e (0.140V / 0.0592) = 10 4.73

Zn | Zn2+ || Cu2+|Cu Kep = 10 2e (0.568V / 0.0592) = 1019.18

Cu|Cu2+ ||Fe2+|Fe Kep= 10 2e (0.628 V / 0.0592) = 10 21.21

7. Compara los valores de las constantes de cada reaccin y concluye. Qu reaccin es ms cuantitativa?Al comparar se obtuvo que la reaccin ms cuantitativa es Fe/Fe2+ || Cu2+/ Cu pues su K es ms grande que las otras reacciones esta celda tiene un K de 1.64 x 10 21

8. Como funcin una batera de carro

Un tipo de batera de flujo redox presenta una gran ventaja para los autos elctricos esta batera consiste en dos electrolitos lquidos que contienen iones de metales que fluyen a travs de electrodos de grafito poroso, los dos electrodos estn separados por una membrana que permite a los protones pasar a travs de sta. A travs de este intercambio de protones, fluye una corriente entre los electrodos, y se crea la tensin til.Lo que hace interesantes a estas bateras es el hecho de que estn basadas en un fluido electroltico que puede ser reemplazado por uno nuevo en pocos minutos. Adems, el bombeo del electrolito descargado para introducir al sistema el nuevo electrolito puede hacerse utilizando una turbina de viento o una planta solar. Por lo que la cadena en el proceso puede tornarse ms ecolgica. (Miod, 2009)

BIBLIOGRAFAGarca G. C. (1991). et al. Qumica General en Cuestiones; Addison-Wesley Iberoamericana: USA, pp 165-168.Garritz, A.; Chamizo J.A.(1994) Qumica; Addison-Wesley Iberoamericana: USA, pp 756-769.Miod. (2009). Bateras de flujo Redox. Disponible en: http://www.madrimasd.org/blogs/energiasalternativas/2009/11/25/129223 consultado el 02/11/2014