Ejemplos de reacciones redox: carbonatos, combustión, baterías y agentes oxidante/reductor

Contenido de la página (teoría)

La página continúa el tema de reacciones de óxido-reducción (redox) con ejemplos concretos y define los agentes involucrados.

El \mathrm{H_2CO_3} (ácido carbónico) se disocia y precipita formando sólidos insolubles en arrecifes o el lecho marino, generando capas de carbonatos de sodio o potasio:

\mathrm{H_2CO_{3(ac)} \longrightarrow H^+_{(ac)} + HCO^-_{3(ac)}}

\mathrm{HCO^-_{3(ac)} \longrightarrow H^+_{(ac)} + CO^{2-}_{3(ac)}}

\mathrm{2Na^+_{(ac)} + CO^{2-}_{3(ac)} \longrightarrow Na_2CO_{3(s)}}

Las reacciones de combustión de hidrocarburos (compuestos orgánicos derivados del petróleo, cadenas de carbono e hidrógeno) arden en presencia de oxígeno. Ejemplo con el metano (gas natural):

\mathrm{CH_{4(g)} + 2O_{2(g)} \longrightarrow CO_{2(g)} + 2H_2O_{(g)} + \text{energía}}

En las baterías ocurre una reacción redox de la cual es posible beneficiarse: se almacenan sustancias dentro de la batería que no reaccionan hasta que el circuito eléctrico se cierra, por lo que sirven como medio de almacenamiento de energía. La reacción es reversible: al conectar un teléfono a la corriente, ésta revierte la reacción química (proceso contrario al que sucede mientras se usa el aparato), lo que permite recargar la batería.

Existen más ejemplos de reacciones redox que suceden de manera natural o por la acción del ser humano, muchas de ellas en ambientes más complejos. Comprender estos fenómenos es conocer con mayor profundidad cómo funciona el mundo.

En las reacciones óxido-reducción ocurre un intercambio de electrones, donde una especie química se reduce y otra se oxida:

Agente oxidante:

• Componente cuyos átomos se reducen, oxidando a otras sustancias.
• Gana electrones.

Agente reductor:

• Componente cuyos átomos se oxidan, reduciendo a otras sustancias.
• Cede electrones.

Estas reacciones permiten comprender una amplia lista de fenómenos y de esta manera desarrollar tecnología que ayude a controlar, evitar o producir estas reacciones para beneficio de los seres humanos.

En la reacción de combustión del metano \mathrm{CH_4 + 2O_2 \longrightarrow CO_2 + 2H_2O}, identifica el agente oxidante y el agente reductor, justificando con la definición de la página.

1. Determina el número de oxidación del carbono en \mathrm{CH_4}: el hidrógeno vale +1, por lo que x + 4(+1) = 0 \Rightarrow x = -4.
2. Determina el número de oxidación del carbono en \mathrm{CO_2}: el oxígeno vale -2, por lo que x + 2(-2) = 0 \Rightarrow x = +4.
3. El carbono pasa de -4 a +4: pierde electrones, se oxida, por tanto \mathrm{CH_4} es el agente reductor.
4. El oxígeno en \mathrm{O_2} vale 0 y en \mathrm{H_2O} vale -2: gana electrones, se reduce, por tanto \mathrm{O_2} es el agente oxidante.

Completa: En la reacción \mathrm{2Na^+_{(ac)} + CO^{2-}_{3(ac)} \longrightarrow Na_2CO_{3(s)}} ¿se trata de una reacción redox? Justifica.

1. Calcula los números de oxidación: en \mathrm{Na^+} el sodio vale +1; en \mathrm{CO_3^{2-}} el carbono vale +4 y el oxígeno -2.
2. En el producto \mathrm{Na_2CO_3}: el sodio sigue valiendo +1, el carbono +4 y el oxígeno -2.
3. Ningún número de oxidación cambia: no hay transferencia de electrones.

Según la página, ¿por qué las baterías sirven como medio de almacenamiento de energía y en qué consiste su reversibilidad?

Respuesta orientativa: Las baterías almacenan sustancias que no reaccionan hasta que el circuito eléctrico se cierra, por lo que la energía química se libera solo al usarse. Al conectar el aparato a la corriente eléctrica, la reacción se revierte (proceso contrario), recargando la batería, lo que demuestra que la reacción redox es reversible.