Cuando se habla de una mezcla de combustible / oxidante gaseoso, ¿qué se entiende por oxidante si no hay oxígeno involucrado?
¿Es correcto ¿Piensa en el oxidante como la especie más electronegativa, porque está tirando del electrón? ¿O esta definición solo es válida para soluciones? El artículo de Wikipedia no es claro si la definición se aplica a reactivos gaseosos o solo es válida para soluciones.
Respuesta
Oxidación: perdiendo electrones, Oxidante / agente oxidante: una sustancia química que puede oxidar otro reactivo. Reducción: ganando electrones – ¡considérelo una reducción de carga! Agente reductor: Un químico que puede reducir otro reactivo.
Y la oxidación nunca puede ocurrir sin una reducción , es decir, si utiliza un agente oxidante para oxidar una sustancia, cuando el agente oxidante a su vez se reduce. Obtiene los electrones de la sustancia oxidada.
Para describir qué tan bien funciona una sustancia como oxidante, usamos potenciales de reducción , medido en voltios! Una sustancia con un gran potencial de reducción positivo es fácil de reducir, lo que a su vez significa que es un buen agente oxidante. De manera similar, si una sustancia tiene un gran potencial de reducción negativo, significa que es difícil reducir esta sustancia. Esto se debe a que es bueno para reducir otras sustancias en sí mismo, es un agente reductor.
Para determinar si una reacción redox es espontánea (si es que puede producirse por sí sola), utilizamos la reducción estándar potenciales, $ E_0 $ . Esto es para concentraciones de 1 M y una temperatura de 25 grados centígrados. Los busca en su libro de texto o en línea.
Un ejemplo: ¿Es la siguiente reacción espontánea? $$ \ ce {Cu ^ {2 +} (aq) + 2Ag (s) – > Cu (s) + 2Ag + (aq)} $$
Para averiguarlo, primero encontramos los potenciales de reducción estándar para cada especie participante:
$ \ ce {Cu ^ {2 +} (aq) + 2e- – > Cu (s)}, E_0 = + 0.34V $
$ \ ce {Ag ^ {+} (aq) + e- – > Ag (s)}, E_0 = + 0.80V $
Esto describe cuánto quieren reducirse (GANANCIA de electrones). ¡El ion de plata es el que más lo quiere! Sin embargo, observe que en nuestra reacción estamos pidiendo que pierda electrones (se oxide). POR LO TANTO: No, la reacción no es espontánea bajo las condiciones estándar antes mencionadas. Sin embargo, la reacción REVERSE es espontánea. Para calcular el potencial de nuestro reacción, simplemente decimos:
$$ E_0 = (+ 0.34V) – (+ 0.80V) = -0.46V $$
El potencial de reducción de la sustancia que queremos para ganar electrones (reducido), menos el potencial de la sustancia que queremos perder electrones (oxidarse). El hecho de que el resultado sea negativo, es lo que nos dice que la reacción no continuará – y que de hecho continuará en el Dirección OPUESTA.
Tenga en cuenta que a estos potenciales de reducción no se les asigna la unidad Volt sin ningún motivo. Son verdaderos potenciales eléctricos. Puede pensar en los potenciales eléctricos como «presiones de electrones». El polo con el electrón más alto la presión será (-), porque los electrones están cargados negativamente, y la otra será (+) relativa a ella.
Recuerde que el potencial de reducción (la disposición a tomar electrones) del ion plata es mayor que el del ion cobre. La plata quiere absorber electrones más que el cobre, lo que significa que los electrones viajarán del cobre a la plata. también se podría decir que el cobre quiere deshacerse de sus electrones más que la plata; el cobre tiene la presión de electrones más alta.
¿Qué pasa con la electronegatividad? ? La electronegatividad de hecho se correlaciona algo con los potenciales de reducción, al menos para reacciones simples que involucran elementos puros. Y puede ver que Ag tiene una electronegatividad más alta que Cu, lo cual tiene sentido. La electronegatividad no tiene en cuenta los estados de oxidación de diferentes especies, etc., y rápidamente se convierte en una mejor idea dejar la electronegatividad fuera de escena cuando se trata de reacciones redox.
Respuesta
La respuesta de Brian es muy buena y completa, pero hay un hecho empírico bastante importante que debes considerar con los potenciales de reducción. Si bien la diferencia en los valores $ \ ce {E_0} $ puede indicarle si puede ocurrir una reacción, no puede decirle si ocurrirá una reacción. Hay otros factores, como la velocidad de reacción y la energía de activación, que pueden interferir con lo que indican los valores $ \ ce {E_0} $.
Hay dos fantásticos vídeos del estudio CHEM que demuestran estos puntos. El primero, Bromo: elemento del mar , muestra un procedimiento para oxidar el ión bromuro en el agua de mar a bromo elemental. Aproximadamente en la marca de las 9:30, analizan la búsqueda de valores $ \ ce {E_0} $ para encontrar un oxidante para el bromo. Primero prueban con oxígeno, lo que indica una reacción espontánea por $ \ ce {E_0} $, pero de hecho la reacción no ocurre, probablemente porque la velocidad es demasiado lenta. Luego prueban el cloro, que trabaja para oxidar el bromo. En este ejemplo, la diferencia en los valores de $ \ ce {E_0} $ es mayor entre $ \ ce {Br_2} $ y $ \ ce {Cl_2} $ que entre $ \ ce {Br_2} $ y $ \ ce {O_2} $ , por lo que podría concluir razonablemente que una diferencia más alta en los valores de $ \ ce {E_0} $ indica una reacción más rápida.
Desafortunadamente, hay más, como muestra el segundo video. El video del estudio CHEM sobre ácido nítrico muestra que el ácido nítrico – $ \ ce {HNO_3} $ – se puede usar como un agente oxidante fuerte debido al nitrógeno en el estado $ \ ce {+5} $. Alrededor de las 10:30, analizan los posibles productos de reducción que se pueden producir a partir del ácido nítrico (principalmente gases de nitrógeno y oxígeno) consultando los valores de $ \ ce {E_0} $. El potencial más alto es el gas nitrógeno, $ \ ce {N_2} $. Pero cuando se realiza un experimento para oxidar metales, el producto es dióxido de nitrógeno venenoso $ \ ce {(NO_2)} $, no $ \ ce {N_2} $, aunque $ \ ce {NO_2} $ tiene un $ \ ce más pequeño Valor de {E_0} $. La respuesta es que la reducción a $ \ ce {N_2} $ requiere una mayor energía de activación y, a temperatura ambiente, esta reacción en su mayoría no ocurre, pero la reducción a $ \ ce {NO_2} $ domina. ¡No darse cuenta de esta posibilidad podría ser literalmente la diferencia entre la vida $ \ ce {(N_2)} $ y la muerte $ \ ce {(NO_2)} $!
Como siempre en la ciencia, la experimentación es el determinante final de que funciona. La teoría como los potenciales de reducción ayuda a determinar qué podría funcionar, pero es solo el comienzo del proceso.
Comentarios
- Importante de hecho 🙂
Respuesta
Cualquier reactivo que atrae electrones es un oxidante, ya sea en gas o fase líquida (también sólida). Se les llama así simplemente porque actúan como oxígeno, siendo el oxígeno el agente oxidante más común en la tierra.