OXIDACION Y REDUCCION oxidacion y reduccion
CAMBIOS NUMERO DE OXIDACION
OBTENER METALES A PARTIR DE MINERALES
PRODUCTOS CASEROS OXIDANTES REDUCTORES
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OXIDACION - REDUCCIÓN

Las reacciones químicas de oxidación-reducción, conocidas también como reacciones redox, son aquellas en las que se transfieren electrones y este intercambio de electrones modifica los números de oxidación de los elementos participantes; es decir, unos ganan electrones y otros los pierden.

NUMERO DE OXIDACION Y FORMULAS QUIMICAS

El número de oxidación es un entero positivo o negativo (creado por conveniencia entre los químicos). Los átomos, al ganar o perder electrones, adquieren una carga eléctrica que corresponde a la cantidad de electrones ganados o perdidos. La representación de esta carga se conoce como número de oxidación, la cual es diferente a la valencia, que es la capacidad de combinación de un elemento.

ESCRITURA DE FORMULAS QUIMICAS

Para escribir correctamente la fórmula química de un compuesto, se requiere:

Nº2, Oº2, Naº, Feº, Cº

ion sodio Na+ número de oxidación 1+

ion cloruro Cl+ Número de oxidación 1+

*por convención internacional se acostumbra poner el signo después del número.

El número de oxidación del hidrógeno es siempre 1+ excepto en los hidruros metálicos, donde es 1-;

por ejemplo:

  1. H2O (agua) hidrógeno H+, número de oxidación 1+
  2. NaH (hidruro de sodio) H-, número de oxidación 1-

El número de oxidación del oxígeno es siempre 2- excepto en los peróxidos donde es

  1. Feo [Óxido de hierro (II)], oxígeno O2, número de oxidación 2-
  2. H2O2 (peróxido de hidrógeno), oxígeno O-, número de oxidación 1- (o agua oxigenada)

ixired1

En la mayoría de los casos, la fórmula química se expresa escribiendo el catión seguido del anión (de acuerdo a la UIQPA); por ejemplo:

oxired2

CAMBIOS EN EL NUMERO DE OXIDACION

Es importante considerar los conceptos de oxidación y reducción, así como el número de oxidación para entender por qué en una transformación química se produce un cambio en el número de oxidación. La oxidación se define como el cambio que tiene un átomo, en el que aumentan sus cargas positivas o disminuyen las negativas, es decir, pierde electrones. Éstos necesitan pasar a otro átomo que incremente sus cargas negativas o reduzca las positivas con ganancia de electrones. Dicho proceso es contrario al de la oxidación y se le llama reducción. De acuerdo con esto, en una transformación química se lleva a cabo el cambio en el número de oxidación de un átomo. Cuando un clavo de hierro se deja a la intemperie se oxida. La reacción que tiene lugar es la siguiente:

oxired3

El hierro en el FeO tiene dos cargas eléctricas positivas, es decir, tiene una pérdida en el número de electrones

Fe0 ---------------> Fe2+ + 2 e- (e- = electrones)

El número de oxidación del átomo del hierro, cambió de cero (recordando que cuando un elemento se encuentra sin combinar su número de oxidación es cero) a 2+, es decir, perdió dos electrones. El hierro pasó de Fe0 a Fe2 por lo que se oxidó. Mientras que el oxígeno aceptó los electrones cedidos por el hierro y con ello cambió su número de oxidación.

Oº + 4e- ----------------> 2O2- se reduce


Oº + 2e - ---------------> O2- se reduce

El oxígeno pasó de O0 a O2-, se reduce.

oxidred4

Si en el laboratorio se combina zinc (granalla) con ácido clorhídrico, se producen dos transformaciones importantes:

Znº + H+ Cl- -----------> Zn2+ Cl-2 + Hº2


Zinc + Acido Clorhídrico -----> Cloruro de Zinc + Hidrógeno
Znº ------------------> Zn+2 + 2e-

OBTENER METALES A PARTIR DE MINERALES

La revolución industrial, a finales del siglo XVIII, dio como resultado diversos fenómenos que cambiaron de manera radical el curso de la historia. Uno de ellos fue ampliar el conocimiento sobre le uso masivo del hierro y sus aleaciones, así como la de otros metales.

A partir de entonces, la industria del metal (metalurgia) adquiere enorme relevancia, pues de ella dependen las industrias automotriz (motores, carrocerías, suspensiones, etc.), de la construcción (varilla, pilotes, acero, etc.), de la aviación (motores, fabricación de aviones, etc.), y es fundamental en la fabricación de lavadoras, refrigeradores, aspiradoras, utensilios para el hogar, etc. Es tan amplio el uso de los metales para una infinidad de actividades que su obtención es muy importante.

En la naturaleza son pocos los metales que se encuentran en estado libre como la plata, oro, cobre y mercurio. Otros están combinados en forma de óxidos, sulfuros, silicatos, sulfatos, carbonatos y cloruros. Asimismo, en la corteza terrestre se encuentran los óxidos, silicatos, sulfuros y carbonatos. Otros, como los cloruros, los carbonatos y los sulfatos están disueltos en el agua del mar o depósitos subterráneos.

A este tipo de sustancias químicas que presentan una composición definida se les denomina minerales. Se conocen numerosos minerales, de los cuales los más comunes están formados por: oxígeno, silicio, aluminio, hierro, calcio, sodio, potasio y magnesio. Estos elementos combinados de diferentes modos constituyen el 99% de la corteza terrestre.

Los óxidos y silicatos son los dos grupos de minerales más importantes de la corteza terrestre. De los óxidos, el más destacado y conocido es el dióxido de silicio, nombre químico del cuarzo o arena.

Los silicatos se encuentran en forma de rocas y constituyen el porcentaje más alto de la corteza terrestre; seis metales componen el 24% aproximadamente y los otros elementos, donde destacan los metales preciosos, el 1%.

Los minerales están mezclados con arena, arcilla y pedazos de roca; cuando se extraen, lo primero que se hace es eliminar los materiales mencionados (a los que se les denomina ganga) y la concentración que se forma del compuesto metálico recibe el nombre de mena.

Procedimientos Utilizados para Obtener Metales

A los procedimientos físicos y químicos utilizados para obtener los metales y sus aleaciones se les conoce como metalurgia, que es el conjunto de procedimientos encaminados a la explotación de los minerales, separación de los metales de las menas que los contienen y su acondicionamiento para su utilización.

Actualmente, la metalurgia tiene una gran importancia a nivel mundial, abarcando los procesos de obtención de metales (a partir de óxidos, sulfuros, carbonatos, etc.), y la reducción de los metales, así como en la preparación de aleaciones y amalgamas.

Por otro lado, el desarrollo de la industria ha permitido que México se coloque entre los 10 primeros países productores de plata, plomo, zinc, mercurio, bismuto, cadmio, molibdeno y manganeso en el mundo.

Procedimientos Mecánicos de la Metalurgia

Los diversos procedimientos mecánicos de la metalurgia como trituración, flotación, lixiviación. Lavado, amalgamación, concentración magnética y fusión, permiten concentrar el mineral para obtener el producto con mayor concentración del metal.

PROCEDIMIENTOS QUIMICOS DE LA MATALURGIA

Además de los procedimientos mecánicos o físicos existen también los químicos, como la tostación, calcinación y los más importantes para nuestro estudio: electrometalúrgicos y reducción.

Metales Importantes y sus características Generales:

Hierro (Fe)

El hierro es el segundo elemento metálico más abundante en la corteza terrestre después del aluminio. Actualmente, es el metal más valioso para la industrialización y desarrollo de un país como México, ya que se necesitan enormes cantidades de este metal para la construcción, automóviles, ferrocarriles y maquinaria. En la naturaleza se encuentra en los minerales como: magnetita FE3O4, hematita Fe2O3, siderita FeCO3, pirita FeS2, principalmente

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SIDERURGIA

La metalurgia del hierro recibe el nombre especial de siderurgia. La obtención del hierro es un claro ejemplo de obtención de un metal por reducción. En la actualidad, la obtención del hierro se realiza principalmente por el método del alto horno; así para reducir el mineral y obtener el hierro, el horno se carga por la parte superior o tragante con una mezcla de mena, coque y caliza.

Acero

Cuando el hierro contiene de 0.3 a 1.7% de carbono y se calienta adecuadamente, se le da temple. De esta manera se obtiene un material de mayor dureza y resistencia. Existen otros métodos para obtener acero, como el Siemens-Martín o de horno abierto, el de horno eléctrico (refinación) y el horno de oxígeno más eficiente que los anteriores.

Propiedades generales del acero.

PRODUCTOS CASEROS OXIDANTES Y REDUCTORES

Uno de los oxidantes de uso casero más efectivos es el peróxido de hidrógeno o agua oxigenada (H2O2), el cual sirve como desinfectante de heridas y garganta, ya que al desprender oxígeno mata a las bacterias anaerobias (que no necesitan el oxígeno para vivir); también se utiliza para blanquear las fibras textiles artificiales y como oxidante o fijador de todos los tintes para el cabello. De los reductores el más eficaz es el hipoclorito de sodio, que sirve para potabilizar el agua y como limpiador desinfectante en los hospitales y hogares.

Para evitar la oxidación y reducción de los compuestos presentes en los alimentos, se utilizan sustancias llamadas antioxidantes (un tipo de conservador). La función de éstas es evitar la alteración de las cualidades originales de los alimentos. Mediante llas sustancias antioxidantes, diversos alimentos susceptibles a la oxidación, alargan su vida útil. Cualquier sustancia utilizada como antioxidante para conservar productos de consumo, debe tener las siguientes características:

Entre los antioxidantes de uso está la vitamina C (ácido ascórbico), que se encuentra en todas las frutas, especialmente en las cítricas y la guayaba, entre otras; la lecitina (presente en la soya), vitamina E (tocoferoles), presentes en el pescado y aguacate. Todos ellos muy utilizados en la industria para conservar alimentos como aceites, frutas, legumbres, carnes frías, cereales, refrescos sin gas, etcétera.

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Profr. Ricardo Caudillo