Reacciones de óxido-reducción

La idea

Qué vas a aprender

• Oxidación y reducción: dos caras de la misma monedaconcepto

  Durante mucho tiempo, "oxidarse" se asoció solo con combinarse con oxígeno (como el hierro oxidado, cubierto de óxido rojizo). Hoy la química define oxidación de forma más general: una especie se oxida cuando pierde electrones, y se reduce cuando gana electrones. No hay oxidación sin reducción: si un átomo suelta electrones, otro tiene que recibirlos. Por eso siempre se habla de una reacción redox completa, nunca de una oxidación sola.

  Para no perderse quién pierde y quién gana, se usa el número de oxidación (o estado de oxidación), una especie de "cuenta corriente" de electrones que se le asigna a cada átomo en un compuesto. Si el número de oxidación de un elemento aumenta en una reacción, ese elemento se oxidó; si disminuye, se redujo.

  Un ejemplo clásico: cuando el hierro metálico ($\text{Fe}^0$) reacciona con oxígeno del aire para formar óxido de hierro, el hierro pasa de número de oxidación 0 a $+3$ (perdió electrones: se oxidó), mientras que el oxígeno pasa de 0 a $-2$ (ganó electrones: se redujo).

  $$4\,\text{Fe} + 3\,\text{O}_2 \rightarrow 2\,\text{Fe}_2\text{O}_3$$

• Agente oxidante y agente reductorconcepto

  En toda reacción redox conviene nombrar dos roles:

  • El agente reductor es la sustancia que se oxida (pierde electrones) y, al hacerlo, le permite a la otra reducirse. "Reduce" a la otra especie.
  • El agente oxidante es la sustancia que se reduce (gana electrones) y, al hacerlo, provoca que la otra se oxide.

  Puede sonar confuso porque el nombre del agente es lo contrario de lo que le pasa a él mismo: el agente reductor se oxida, y el agente oxidante se reduce. Una forma de recordarlo: el agente oxidante es el que "roba" electrones (oxida al otro), y el reductor es el que los "regala" (reduce al otro).

• Corrosión: óxido-reducción no deseadaconcepto

  La corrosión —como la herrumbre en un portón de reja o en la carrocería de un auto— es una reacción redox espontánea entre un metal y sustancias del ambiente (oxígeno, humedad, sales). El metal actúa como agente reductor: se oxida de a poco, perdiendo electrones que van al oxígeno del aire. El resultado es un compuesto (el óxido) más frágil y menos útil que el metal original, lo que explica por qué la corrosión es un problema económico enorme (estructuras, cañerías, vehículos) y por qué se pintan o galvanizan los metales para frenarla: se busca aislarlos del oxígeno y la humedad.

• Pilas y baterías: la energía química hecha corriente eléctricaconcepto

  Una pila (o batería) es un dispositivo que aprovecha una reacción redox espontánea, pero separando físicamente la oxidación de la reducción en dos lugares distintos, unidos por un cable externo. En un lugar (el electrodo negativo) ocurre la oxidación: un material pierde electrones. Esos electrones no pasan directamente a la otra sustancia, sino que son obligados a viajar por el cable externo —y ese viaje de electrones por el cable es la corriente eléctrica que usa una linterna, un control remoto o un celular. En el otro lugar (el electrodo positivo) esos electrones llegan y ocurre la reducción. Cuando los reactivos de la pila se agotan, la reacción ya no puede seguir transfiriendo electrones y la pila "se murió".

• Electrólisis: usar electricidad para forzar una reacciónconcepto

  La electrólisis es el proceso inverso en cierto sentido: en vez de que una reacción redox espontánea genere electricidad, se usa electricidad de una fuente externa (como un cargador o una fuente de laboratorio) para forzar una reacción redox que no ocurriría sola. Es la base de procesos como la galvanoplastia (bañar un objeto metálico con una fina capa de otro metal, como cromo o plata, para protegerlo o darle brillo) y de la obtención industrial de metales puros a partir de sus minerales, como el aluminio. En todos los casos, la corriente eléctrica impuesta desde afuera empuja electrones hacia donde ocurre la reducción y los saca de donde ocurre la oxidación.

Ejemplos resueltos

• Un ejemplo clásico: cuando el hierro metálico ($\text{Fe}^0$) reacciona con oxígeno del aire para formar óxido de hierro, el hierro pasa de número de oxidación 0 a $+3$ (perdió electrones: se oxidó), mientras que el oxígeno pasa de 0 a $-2$ (ganó electrones: se redujo).

Errores comunes

• "Oxidarse es solo combinarse con oxígeno".

  Esa era la idea original, pero hoy oxidarse significa perder electrones, haya o no oxígeno involucrado (por ejemplo, en muchas reacciones dentro de una pila no hay oxígeno de por medio).

  Cómo corregirlo: Esa era la idea original, pero hoy oxidarse significa perder electrones, haya o no oxígeno involucrado (por ejemplo, en muchas reacciones dentro de una pila no hay oxígeno de por medio).

• "El agente oxidante es el que se oxida".

  Es al revés: el agente oxidante provoca la oxidación del otro porque él mismo se reduce.

  Cómo corregirlo: Es al revés: el agente oxidante provoca la oxidación del otro porque él mismo se reduce.

• "En una pila los electrones pasan directo de una sustancia a la otra".

  La clave de una pila es justo lo contrario: los electrones son forzados a viajar por el cable externo, separando físicamente oxidación y reducción, y ese recorrido es lo que genera la corriente útil.

  Cómo corregirlo: La clave de una pila es justo lo contrario: los electrones son forzados a viajar por el cable externo, separando físicamente oxidación y reducción, y ese recorrido es lo que genera la corriente útil.

• "La electrólisis y la pila hacen lo mismo".

  Son procesos inversos: la pila convierte una reacción redox espontánea en electricidad; la electrólisis usa electricidad externa para forzar una reacción no espontánea.

  Cómo corregirlo: Son procesos inversos: la pila convierte una reacción redox espontánea en electricidad; la electrólisis usa electricidad externa para forzar una reacción no espontánea.

• "Si un metal no se ve oxidado, no está reaccionando".

  La corrosión puede ser lenta e imperceptible durante mucho tiempo antes de notarse a simple vista.

  Cómo corregirlo: La corrosión puede ser lenta e imperceptible durante mucho tiempo antes de notarse a simple vista.

• "El número de oxidación es la carga real del átomo".

  Es una herramienta de conteo útil, no siempre representa una carga eléctrica real y separada, sobre todo en uniones covalentes.

  Cómo corregirlo: Es una herramienta de conteo útil, no siempre representa una carga eléctrica real y separada, sobre todo en uniones covalentes.

En resumen