Indice
1.
Introducción
2. Introducción de los
contraiones de los compuestos iónicos que aparecen en la
ecuación igualada.
3. Igualación de las
hemirreacciones
4. Introducción de los contraiones
correspondientes a las especies iónicas para transformar
la ecuación iónica en una ecuación
molecular
El método
ión-electrón es útil para balancear ecuaciones
correspondientes a reacciones redox (reacciones de
óxido-reducción) que ocurren en medio acuoso
ácido o alcalino; pero sólo es aplicable a
reacciones que ocurren bajo éstas condiciones.
En éste capítulo se van a describir los
pasos a seguir para balancear una ecuación química por
éste método.
Pasos a seguir:
I) Asignación del número de oxidación a
todos los átomos de los compuestos que intervienen en la
reacción.
II) Ubicar cuáles son los elementos que se oxidan y
cuáles son los que se reducen.
III) Disociar todas aquellas especies químicas que son
disociables y/o ionizables.
IV) Escribir las hemirreacciones de oxidación y de
reducción.
Ejemplo:
Se tiene la siguiente ecuación sin
balancear:
Cl2 + NaOH Â NaCl +
NaClO + H2O
I) Asignación del número de
oxidación:
0 +1 –2 +1 +1 –1 +1 +1 –2 +1 -2
Cl2 + NaOH Â NaCl + NaClO +
H2O
II) Ubicar cuáles son los elementos que se oxidan
y cuáles son los que se reducen:
Hay que tener en cuenta que se define como oxidación la
pérdida de electrones y por lo tanto aumento del
número de oxidación; y que se define como
reducción la ganancia de electrones o disminución
del número de oxidación. Cuando se habla de aumento
del número de oxidación se quiere dar a entender
que éste se hace más positivo, y cuando se habla de
disminución del número de oxidación se
quiere dar a entender que éste se hace más
negativo.
En nuestro ejemplo vemos que el cloro ( Cl2 )
cambia su número de oxidación de 0 a –1
cuando forma parte del NaCl, su número de oxidación
disminuye, por lo tanto se reduce.
También vemos que el cloro cambia su
número de oxidación de 0 a +1 cuando forma parte
del NaClO, su número de oxidación aumenta, por lo
tanto se oxida.
III) Disociar todas las especies químicas que son
disociables y/o ionizables:
Cl2 + Na+ + OH-
Â
Na+ + Cl- + Na+ +
ClO- + H2O
IV) Escribir las hemirreaciones de oxidación y de
reducción:
Hemirreacción de oxidación:
Cl2 Â ClO-
Hemirreacción de reducción:
Cl2 Â Cl-
Los siguientes pasos son:
V) Igualación de las hemirreacciones:
Éste ítem por una cuestión
práctica se subdividirá en varios pasos:
Igualación de la masa del elemento que se oxida o
reduce:
Si el elemento que se oxida o reduce forma una molécula
poliatómica, se deberá igualar la cantidad de
éstos átomos que figuran en los reactivos con la
cantidad que figura en los productos.
Hemirreación de oxidación:
Cl2 Â 2 ClO-
Hemirreacción de reducción:
Cl2 Â 2 Cl-
Colocación de los electrones ganados o perdidos
en la reacción de oxidación o
reducción.
Se colocarán tantos electrones como unidades
cambie el número de oxidación del elemento que se
oxida o reduce por cada átomo de
éste, en el caso de la oxidación los electrones se
colocarán del lado de los productos,
dado que el elemento que se oxida pierde éstos electrones;
En el caso de la reducción, los electrones se
colocarán del lado de los reactivos, dado que el elemento
que se reduce gana electrones.
Hemirreacción de oxidación
Cl2 Â 2ClO- + 2 e- (un
electrón por cada átomo de
cloro que cambia su estado de
oxidación de a +1)
Hemirreacción de reducción
Cl2 + 2 e- Â 2
Cl- (un electrón por cada átomo de cloro
que cambia su estado de
oxidación de 0 a –1)
Igualación de las cargas
Se deberán igualar las cargas eléctricas a
ambos lados de la semiecuación, éste procedimiento se
hará con protones o con oxidrilos dependiendo que la
reacción se lleve a cabo en medio ácido o alcalino,
para saber en que medio se lleva a cabo la reacción hay
que observar si en la ecuación sin igualar aparecen
protones u oxidrilos, en nuestro ejemplo la reacción
ocurre en medio alcalino, por lo que se utilizarán
oxidrilos para igualar las cargas.
Hemirreacción de oxidación
Cl2 + 4 OH- Â 2
ClO- + 2 e-
Hemirreacción de reducción
Cl2 + 2 e- Â 2
Cl- (en este caso la semiecuación presenta
igualadas sus cargas, por lo que no se deben realizar otras
modificaciones)
Igualación de la masa de oxígeno
e hidrógeno:
Se deberá igualar la cantidad de átomos de
oxígeno e hidrógeno a ambos lados de la
semiecuación, para esto se utilizarán
moléculas de agua.
Hemirreacción de oxidación
Cl2 + 4 OH- Â 2
ClO- + 2 e- + 2 H2O
Hemirreacción de reducción
Cl2 + 2 e- Â 2
Cl-
Debe aclararse que para igualar la masa de
oxígeno e hidrógeno se mira sólo uno de
estos dos elementos, dado que al igualarlo el otro también
se iguala.
Suma de las dos semiecuaciones:
Deberán sumarse las dos semiecuaciones teniendo
en cuenta que debe haber concordancia entre la cantidad de
electrones que aparecen en los reactivos y los productos para
poder
cancelarlos, dado que éstos no aparecen en la
ecuación química son
igualar.
En nuestro ejemplo aparecen dos electrones en los
reactivos y el mismo número de electrones en los
productos, por lo que no hay que realizar ningún otro
procedimiento,
si esto no fuese así, habrá que multiplicar en
forma cruzada las semiecuaciones por el número de
electrones que figuran en la semiecuación contraria. Al
sumar o multiplicar ecuaciones químicas se les debe dar el
mismo tratamiento que a las ecuaciones matemáticas.
Cl2+ 2 e- Â 2
Cl-
Cl2 + 4 OH-
Â
2 ClO- + 2 e- + 2 H2O
_________________________________
2 Cl2 + 2 e- + 4
OH- Â 2 Cl- + 2 ClO- +
2 e- + 2 H2O
Observar que luego de sumar las dos semiecuaciones
aparecen la misma cantidad de electrones en los reactivos y en
los productos, por lo que peden cancelarse.
2. Introducción de los contraiones de los
compuestos iónicos que aparecen en la ecuación
igualada.
Se debe observar cual es el contraión
correspondiente a cada ión y colocarlo junto con el
ión correspondiente para transformar la ecuación
iónica en una ecuación molecular, sí como
también hay que los mismos iones que ingresan en los
reactivos deben ingresar en los productos.
2 Cl2 + 4 OH- Â 2
Cl- + 2 ClO- + 2
H2O
´ 4 Na+ ´ 2
Na+ ´ 2 Na+
2 Cl2 + 4
NaOH Â 2 NaCl + 2 NaClO + 2 H2O
(Observar que se han introducido 4 cationes Na+ tanto
en los reactivos como en los productos)
Y finalmente obtenemos la ecuación igualada:
2 Cl2 + 4 NaOH Â 2 NaCl + 2
NaClO + 2 H2O
Hasta aquí fueron expuestos los pasos a seguir
para igualar una ecuación química por el
método ión-electrón. Se expone a
continuación una ecuación química igualada
explicada paso por paso para que se termine de comprender el
procedimiento.
MnO4K + KCl +
H2SO4 Â
MnSO4 + Cl2 +
K2SO4
Asignación de los números de
oxidación correspondientes
+7 –2 +1 +1 –1 +1 +6 –2 +2 +6 –2 0 +1 +6
-2
MnO4K + KCl + H2SO4
Â
MnSO4 + Cl2 +
K2SO4
Ubicar cuáles son los elementos que se oxidan y
cuáles son los que se reducen
Observar que el manganeso cambia su número de
oxidación de +7 a +2 (disminuye), por lo tanto éste
es el elemento que se reduce; observar así mismo que el
cloro cambia su número de oxidación de –1 a 0
(aumenta), por lo tanto éste es el elemento que se
oxida.
Agente oxidante: MnO4K
Agente reductor: KCl
Se dice que el compuesto que contiene el elemento que se
reduce es el agente oxidante, porque es el compuesto que se pone
a reaccionar para producir una reacción de
oxidación, así mismo se dice que el compuesto que
contiene el elemento que se oxida es el agente reductor, porque
es el compuesto que se pone a reaccionar para producir una
reacción de reducción. Esta aclaración es
sobre todo semántica, dado que las reacciones de
óxido reducción no ocurren por separado, para que
un elemento se oxide deber haber alguno que se reduzca y
viceversa.
Disociar las especies químicas que son
disociables y/o ionizables
K+ + MnO4- + K+ +
Cl- + 2 H+ +
SO4-2 Â
Mn+2 + SO4-2 +
Cl2 + 2 K+
+SO4-2
Escribir las hemirreacciones de oxidación y de
reducción
Hemirreacción de oxidación
Cl- Â Cl2
Hemireracción de reducción
MnO4- Â
Mn+2
3. Igualación de
las hemirreacciones
Igualación de la masa del elemento que se oxida o
reduce
Hemirreacción de oxidación
2 Cl- Â Cl2
Hemireacción de reducción
MnO4- Â
Mn+2
Colocación de los electrones ganados o perdidos
en la reacción de oxidación y
reducción
Hemirreacción de oxidación
2 Cl- Â Cl2 + 2
e-
Hemirreacción de reducción
MnO4- + 5 e- Â
Mn+2
Igualación de las cargas
En éste caso la reacción ocurre en medio
ácido, por lo tanto las cargas serán igualadas con
protones (observar que en la ecuación sin igualar aparecen
en los reactivos ácido sulfúrico)
Hemirreacción de oxidación
2 Cl- Â Cl2 + 2 e- (en
éste caso las cargas ya se encuentran igualadas, por lo
tanto no se deben realizar otras modificaciones)
Hemirreacción de reducción
MnO4- + 5 e- + 8
H+ Â Mn+2
Igualación de la masa de oxígeno e
hidrógeno
Como ya fue expuesto, se iguala con agua l masa de
alguno de éstos dos elementos y la masa del otro
también queda igualada
Hemirreacción de oxidación
2 Cl- Â Cl2 + 2
e-
Hemirreacción de reducción
MnO4- + 5 e- + 8
H+ Â Mn+2 + 4
H2O
Suma de las dos semiecuaciones
Observar que en este caso el número de electrones
que aparecen en las semiecuaciones de oxidación y
reducción no coinciden, por lo tanto para poder
cancelarlos se deberán multiplicar en forma cruzada las
semiecuaciones por el número de electrones que aparecen en
la semiecuación contraria (la semiecuación de
oxidación se multiplicará por el número de
electrones que aparecen en la semiecuación de
reducción y viceversa).
(2 Cl- Â
Cl2 + 2 e-) X 5
(MnO4- + 5 e- + 8
H+ Â Mn+2 + 4 H2O) X
2
_______________________________________
10 Cl- + 2 MnO4- + 10
e- + 16 H+ Â 5
Cl2 + 10 e- + 2 Mn+2 + 8
H2O
Se debe observar que se deben introducir la misma
cantidad de iones de las especies ingresantes tanto en los
reactivos como en los productos.
10 Cl- + 2 MnO4- + 16
H+ Â 5 Cl2 + 2 Mn+2 + 8
H2O
´ 10 K+ ´ 2
K+ ´ 8 SO4-2
´
2 SO4-2 ´ 6
SO4-2 ´ 12
K+
Observar que en los productos se han introducido 6
aniones sulfato y 12 cationes potasio, los cuáles no se
colocan para aparearse con ningún ión de la
ecuación iónica; éstos ingresan en los
productos para compensar el sulfato y el potasio que ingresa en
los reactivos. Recordar que al igualar la ecuación, todo
lo que ingresa en los reactivos debe tener su contraparte en los
productos para así poder cumplir con la ley de Lavoisier
(principio de la conservación de la masa).
Y finalmente obtenemos la ecuación
igualada:
10 KCl + 2 MnO4K + 8
H2SO4 Â 5
Cl2 + 2 MnSO4 + 6
K2SO4 + 8 H2O
Autor:
Gustavo Carlos Di Iorio