Ajuste de ecuaciones

Todo proceso rédox, que es una reacción química de óxido-reducción, requiere del ajuste o balanceo estequiométrico de los componentes de las semirreacciones para la oxidación y reducción.

Para entender este proceso vamos a desarrollar un ejercicio para Balancear una ecuación por medio del método rédox.

Veamos la siguiente reacción química:

Cl ₂ + KOH —> KCl + KClO ₃ + H ₂ O

Reacción que debe leerse como Cloro molecular más peróxido de potasio, que producirá cloruro de potasio, clorato de potasio y agua.

Recordemos que un elemento molecular es aquel que se presenta solo, sin combinar con otro.

Es muy importante recordar el concepto de balancear o ajustar ecuaciones que representan reacciones químicas.

Ver: Reacciones químicas

Toda reacción química cumple el principio de conservación de la materia. La materia no se crea ni se destruye, solo sufre transformaciones. En una reacción química, los átomos solo se reordenan y siempre el peso de los reactivos será igual al de los productos. Este principio debe reflejarse en la ecuación que analizamos, y esto se logra por medio del balanceo.

¿Cuál es la fa finalidad?: que los átomos del lado derecho sean los mismos del lado izquierdo, aunque en posiciones distintas.

 

Coeficientes estequiométricos.

Lo primero que debemos saber es que habrá que cambiar los coeficientes estequiométricos, que son los números que van delante de cada sustancia, para señalar la cantidad de moléculas de cada compuesto o elemento molecular.

Ver: Estequiometría

En nuestro ejemplo, una reacción no balanceada, todas las sustancias tienen coeficiente 1, que no se anota.

1 Cl ₂ + 1 KOH —> 1KCl +1 KClO ₃ +1H ₂ O

Son esos 1 los que debemos cambiar para balancear la ecuación.

Para lograrlo, existen varios métodos:

El método algebraico (ver), el método de óxido reducción (rédox), el método de tanteo y el método de ion electrón.

Acá desarrollaremos el método de óxido reducción o método rédox.

Para hacerlo, debemos tener muy claro en qué consiste eso de la oxidación y la reducción.

Ver: Óxido-Reducción .

Recuerde que, básicamente, estos procesos de oxidación y reducción están relacionados con la transferencia de electrones.

Cuando un átomo recibe electrones, este átomo se verá reducido por que su estado de oxidación cambiará a un número más negativo; en el caso contrario, cuando un átomo pierde un electrón su estado de oxidación cambia a un número más positivo. Entonces, en una reacción de oxido reducción, siempre habrá una sustancia que se oxida y otra que se reduce. En tal caso se puede usar este método de balanceo. Si en una reacción no hay oxidación y reducción no se puede usar este método.

Estado de oxidación o número de oxidación.

Antes de iniciar el proceso de balanceo, es primordial asignar o definir los estados de oxidación de los átomos.

Ver: Número de oxidación

Aquí debemos recordar las siguientes reglas:

a) El oxígeno siempre tiene un estado de oxidación de menos 2. Estos números se marcan arriba, a la derecha del átomo:

1 Cl ₂ + 1 KO ^-2 H —> 1 KCl + 1 KClO ^-2 ₃ + 1 H ₂ O ^-2

b) El hidrógeno, siempre tiene estado de oxidación más 1.

1 Cl ₂ + 1 KO ^-2 H ⁺¹ —> 1 KCl + 1 KClO ^-2 ₃ + 1 H ⁺¹ ₂ O ^-2

c) A los elementos que son metales, ubicados en el grupo uno o grupo dos de la Tabla periódica, les corresponde precisamente ese número, el de su ubicación en la Tabla, como estado de oxidación para trabajar.

El potasio (K) se encuentra en el grupo 1; por lo tanto, su estado de oxidación es más 1.

1 Cl ₂ + 1 K ⁺¹ O ^-2 H ⁺¹ —> 1 K ⁺¹ Cl + 1 K ⁺¹ ClO ^-2 ₃ + 1 H ⁺¹ ₂ O ^-2

d) Cuando un elemento se encuentra en estado puro, como el cloro de nuestro ejemplo, su estado de oxidación es igual a cero.

1 Cl ⁰ ₂ + 1 K ⁺¹ O ^-2 H ⁺¹ —> 1 K ⁺¹ Cl + 1 K ⁺¹ ClO ^-2 ₃ + 1 H ⁺¹ ₂ O ^-2

Nótese que no anotamos el cero del Cl a la derecha de la ecuación. Aquí, debemos recordar que, en una misma sustancia (molécula) la suma de sus estados de oxidación siempre tendrá un valor de cero.

Así

1 K ⁺¹ O ^-2 H ⁺¹ (+1 –2 +1 = 0)

1 K ⁺¹ Cl ^-1 (+1 –1 = 0) Ojo: el +1 del K obliga a que el Cl cambie de cero a –1

1 K ⁺¹ Cl ⁺⁵ O ^-2 ₃ (+1 +5 –6 = 0) Ojo: el –2 del O por 3 (son 3 átomos) da –6; por lo tanto, el Cl lleva +5, que sumado al +1 del K  da +6, y +6 –6 = cero.

1 H ⁺¹ ₂ O ^-2 (+1 por 2 = +2 átomos de H, sumados a -2 del O, da igual cero)

Para quedar así:

1 Cl ⁰ ₂ + 1 K ⁺¹ O ^-2 H ⁺¹ —> 1 K ⁺¹ Cl ^-1 + 1 K ⁺¹ Cl ⁺⁵ O ^-2 ₃ + 1 H ⁺¹ ₂ O ^-2

Hecho esto, debemos verificar qué elementos cambiaron de estado:

En nuestro ejemplo, solo cambio el Cl: a estado de oxidación +5 y – 1, en diferentes moléculas.

 

Hay que apuntar que siempre habrá una sustancia o especie que aumente su estado de oxidación y otra que lo disminuye. En nuestro caso, pasa eso con un mismo elemento: el cloro, que a vez se oxida y se reduce en la sustancia resultante.

El siguiente paso es desarrollar por escrito la ecuación de la semirreacción solo con las especies que cambiaron de estado de oxidación.

En nuestro ejemplo, fue el Cl:

Cl ⁰ ₂ —>  Cl ^-1

Cl ⁰ ₂ —> Cl ⁺⁵

Ahora debemos balancear la masa, que consiste en balancear el número de átomos a cada lado de la ecuación:

Como a la izquierda hay 2 Cl, a la derecha debe haber 2 Cl:

Cl ⁰ ₂ —> 2Cl ^-1

Cl ⁰ ₂ —> 2Cl ⁺⁵

Ahora debemos balacear la carga, para ello sumamos electrones para que las cargas sean iguales a ambos lados de las ecuaciones:

2e ^- + Cl ⁰ ₂ —> 2Cl ^-1

Cl ⁰ ₂ —> 2Cl ⁺⁵ + 10e-

Ahora algo muy importante:

Debemos igualar o balancear el número de electrones que se pierde con el número de electrones que se ganan:

Lo más sencillo es amplificar ambas ecuaciones por las respectivas variaciones de electrones, de esta manera:

10 [2e ^- + Cl ⁰ ₂ —> 2Cl ^-1 ]

(amplificamos por 10, cantidad de electrones sumados abajo)

2[Cl ⁰ ₂ —> 2Cl ⁺⁵ + 10e-]

(amplificamos por 2, cantidad de electrones sumados arriba)

Y Obtenemos lo siguiente:

20e ^- + 10Cl ⁰ ₂ —> 20Cl ^-1

2Cl ⁰ ₂ —> 4Cl ⁺⁵ + 20e-

Y sumamos ambas semirreacciones:

Para tener

20e ^- + 12Cl ⁰ ₂ —> 20Cl ^-1 + 4Cl ⁺⁵ + 20e-

Eliminamos los 20e- de cada lado y nos queda:

12Cl ⁰ ₂ —> 20Cl ^-1 + 4Cl ⁺⁵

Ahora, los coeficientes obtenidos (que son 12,  20  y 4) los llevamos a la ecuación inicial:

1 Cl ₂ + 1 KOH —> 1KCl + 1KClO ₃ + 1H ₂ O

Para quedar así:

1 2Cl ₂ + 1 KOH —> 20KCl +4KClO ₃ +1H ₂ O

Y tenemos, a la izquierda 24 Cl (12 por 2) y a la derecha 24 Cl (20 + 4). Pero debemos equilibrar el resto de los elementos:

Como tenemos 24 K a la derecha, anotamos 24 K a la izquierda:

1 2Cl ₂ + 24 KOH —> 20KCl +4KClO ₃ +1H ₂ O

Ahora, tenemos 24 O y 24 H a la izquierda, entonces anotamos 12 en la molécula de agua de la derecha y tenemos  allí 24 O y 24 H.

1 2Cl ₂ + 24 KOH —> 20KCl +4KClO ₃ +12H ₂ O

Tenemos nuestra ecuación balanceada por el método rédox.

 

A modo de resumen:

Para lograr balancear una ecuación con el método rédox, debemos seguir los siguientes pasos:

1.- Destacar los coeficientes estequiométricos de las sustancias originales.

2.- Definir los estados de oxidación de cada uno de los elementos.

3.- Identificación de cada uno de los elementos que cambian.

4.- Escribimos las semirreacciones de estos elementos que cambian.

5.-Balaceamos masas (cantidad de átomos) en estas ecuaciones de semirreacción

6.- Balanceamos carga en ellas (cantidad de electrones ganados y cedidos)

7.- Igualamos la cantidad de electrones entre ambas ecuaciones

8.- Sumamos los valores obtenidos, eliminando los electrones de la izquierda con los de la derecha.

9.- Llevamos los coeficientes de estos elementos hacia la fórmula inicial

10.- Balanceamos por tanteo el resto de la ecuación.

Nota final:

Por lo general, los coeficientes obtenidos en la suma de las ecuaciones de semirreacción no se alteran en la ecuación inicial, pero a veces sí es necesario alterarlos para lograr el balanceo, pero siempre son una buena base para iniciar un balanceo.

Ejercicios para practicar:

Reacción 01

FeCrO ₄ +K ₂ CO ₃ +O ₂ ->Fe ₂ O ₃ +K ₂ CrO ₄ +CO ₂

Balanceada queda

4FeCrO ₄ + 4K ₂ CO ₃ +O ₂ —> 2Fe ₂ O ₃ + 4K ₂ CrO ₄ + 4CO ₂

Reacción 02

FeSO ₄ + KMnO ₄ + H ₂ SO ₄ —> Fe ₂ (SO ₄ ) ₃ + KHSO ₄ + MnSO ₄ + H ₂ O

Balanceada queda

10FeSO ₄ + 2KMnO ₄ + 9H ₂ SO ₄ —> 5Fe ₂ (SO ₄ ) ₃ + 2KHSO ₄ + 2MnSO ₄ + 8H ₂ O