Oxidación y reducción

Oxidación es la pérdida de electrones. Reducción es la ganancia de electrones.

Mostramos los pasos para realizar el balanceo de la siguiente semirreacción de oxidación, que ocurre en medio básico. 

Cl₂ +OH^-→ClO₃^- + H₂O 

1. Planteamos la semirreaccion considerando las especies que cambian su estado de oxidación. El dicloro de estado de oxidación cero (todo elemento aislado posee estado de oxidación de cero) pasa a clorato de carga 1- . El estado de oxidación del cloro en el clorato es 5+.
Cl₂ →ClO₃^-
2. Balanceamos los átomos de cloro multiplicando el clorato por 2.
Cl₂→2ClO₃^-

3. Balanceamos los átomos de oxígeno añadiendo 6 mol de H₂O en el lado deficiente en átomos de oxígeno. Al añadir agua estamos también anadiendo átomos de hidrógeno. Balanceamos estos átomos de hidrógeno añadiendo 12 mol de iones H⁺ en el lado deficiente en átomos de hidrógeno.

Cl₂ + 6H₂O→2ClO₃^- + 12H⁺  (a)

Pasamos a medio básico considerando que para neutralizar 12H⁺debemos añadir 12OH^-
12H⁺ + 12OH^-→12H₂O (b)

Sumamos miembro a miembro (a) y (b), y obtenemos
Cl₂ +12OH^-→2ClO₃^- + 6H₂O  

4.Balanceamos las cargas añadiendo electrones.  En los reactantes, hay 12 cargas negativas. En los productos, hay 2 cargas negativas. Para que haya el mismo número de cargas en ambos lados de la semirreacción añadimos 10e^- en el lado de los productos. 

Cl₂ +12OH^-→2ClO₃^- + 6H₂O +10e^-

Otros ejemplos de semirreacciones de oxidación son:

Mn²⁺+ 4OH^-→MnO₂ + 2H₂O + 2e^-

H₂→2H⁺+ 2e^-

Cu→Cu²⁺+ 2e^-

I₂+ 3H₂O→2IO₃^- + 6H⁺+ 4e^-

H₂O₂→O₂+ 2H⁺+2e^-

Mostramos los pasos para balancear la siguiente  semirreacción de reducción, que ocurre en medio ácido. 

NO₃^- + H⁺→NO + H₂O

1. Planteamos la semirreacción considerando las especies que cambian el estado de oxidación. El nitrato de carga 1- pasa a monóxido de nitrógeno de carga 0. El nitrógeno en el nitrato posee el estado de oxidación de 5+ y en el monóxido de nitrógeno 2+.
NO₃^-→NO 

2. Balanceamos los átomos de oxígeno añadiendo 2 mol de H₂O en el lado deficiente en átomos de oxígeno.
NO₃^-→NO + 2H₂O

3. Balanceamos los átomos de hidrógeno añadiendo 4 mol de iones H⁺ en el lado deficiente en átomos de hidrógeno.
NO₃^- + 4H⁺→NO + 2H₂O

4.Balanceamos las cargas. En los reactantes, hay una carga negativa y cuatro cargas positivas. Por tanto, añadimos 3e^- para hacer un total de cuatro cargas negativas y neutralizar las cuatro cargas positivas. 

NO₃^- + 4H⁺+ 3e^-→NO + 2H₂O

Otros ejemplos de semirreacciones de reducción son:

Cr₂O₇^2- +14H⁺ + 6e^-→2Cr³⁺+ 7H₂O

MnO₄^- + 8H⁺+ 5e^-→Mn²⁺+ 4H₂O

SO₄^2- + 4H⁺+ 2e^-→SO₂ + H₂O
Br₂ + 2e^-→2Br^-

Como se puede apreciar en los ejemplos, la forma reducida (R) → Forma oxidada (O)+ electrones  (e^-)  

                           R→O + ne^- (n=1,2,3...) 

La forma oxidada (O) + electrones (e^-) → Forma reducida (R). 

                          O + ne^- → R (n=1,2,3...)

El agente oxidante es el elemento, sustancia o ion que causa la oxidación, y contiene al elemento que se reduce.

El agente reductor es el elemento, sustancia o ion que causa la reducción, y contiene al elemento que se oxida.

En una reacción de oxidación y reducción, debe haber como mínimo una reducción y una oxidación. Es decir, no puede ocurrir una oxidación sin que ocurra simultáneamente una reducción o viceversa. 

Para balancear una ecuacion de oxidación y reducción existen dos métodos. El método del cambio del número de oxidación o método del cambio de valencia y el método del ion electrón. Consideremos primero el método del cambio del número de oxidación o método del cambio de valencia. 

Nota. Hacer clic sobre las imágenes para visualizarlas mejor. 

EJEMPLO 1. 

Método del cambio de valencia

El agente reductor es PbS, debido a que contiene al elemento que se oxida, que es S. 

El agente oxidante es ácido nítrico, debido a que contiene al elemento que se reduce que es N. 

 EJEMPLO 2.

Método del ion electrón 

El agente oxidante es el dicromato(2-), y el agente reductor es hierro(2+)

En general,

O₁ + ne^-→R₁ (O forma oxidada y R forma reducida)
R₂ →O₂ + me^-

Multiplicamos la primera por m y la segunda por n  para igualar el número de electrones, y sumamos ambas semirreacciones. 

mO₁ + nR₂ → mR₁ + nO₂

Ejemplo,

Cu²⁺ + 2e^-→Cu 
Al →Al³⁺ + 3e^-

Multiplicamos la primera por 3 y la segunda por 2, y sumamos ambas semirreacciones

3Cu²⁺ + 2Al →3Cu + 2Al³⁺

Note que Cu²⁺ es O₁, Cu es R₁, Al es R₂ y Al³⁺ es O₂