Igualación de reacciones redox

Método del balance electrónico

Este enfoque requiere la determinación exacta de los roles de cada sustancia: quién actúa como oxidante y quién como reductor. El cálculo se puede realizar mentalmente con la práctica adecuada o utilizando un sistema de registro estandarizado.

Algoritmo básico:

1. Se calculan los estados de oxidación de aquellos átomos que cambian su estado durante el proceso.
2. Se elaboran los esquemas de transición: se registra el número de electrones cedidos (proceso de oxidación del reductor) y aceptados (proceso de reducción del oxidante).
3. Se seleccionan los factores multiplicadores para igualar el intercambio electrónico.
4. Los coeficientes encontrados se trasladan a los participantes principales de la reacción (oxidante, reductor y los productos de su transformación).
5. Se toman en cuenta los subproductos. Por ejemplo, el agua se forma como producto de neutralización, y algunas salificaciones se forman a partir de iones que no participaron en la reacción redox (productos de intercambio iónico).
6. Se iguala el medio. El coeficiente delante del ácido a menudo depende del número de restos ácidos en las sales formadas.
7. Se realiza la comprobación final de la ecuación sumando los átomos de hidrógeno en las partes izquierda y derecha.

Método ion-electrón (semirreacciones)

El método de las semirreacciones sirve como una alternativa confiable al balance electrónico. Su característica clave es que opera exclusivamente con partículas reales (iones y moléculas) que existen físicamente en la solución. Calcular los estados de oxidación aquí no es obligatorio; este paso se utiliza solo para un control adicional.

Etapas de formulación de la ecuación:

• Aislamiento de las transformaciones iónicas. Se registran los esquemas de cambio de los iones específicos.
• Igualación de los átomos de oxígeno e hidrógeno. Se lleva a cabo mediante la adición de moléculas de solvente e iones del medio (depende del valor de pH).
• Igualación de cargas. Se realiza el cálculo de las cargas totales a la izquierda y a la derecha. Se añaden electrones en aquella parte del esquema donde se observa un exceso de carga positiva o una deficiencia de carga negativa.
• Selección de factores multiplicadores y suma. Se hallan los coeficientes para la igualdad de electrones. Se suman las partes izquierda y derecha de las semirreacciones, y los electrones se cancelan mutuamente.
• Simplificación y paso a la forma molecular. Se simplifican las partículas idénticas (por ejemplo, protones o agua) en ambos lados. A continuación, se añaden a la ecuación iónica final los «espectadores», es decir, los iones que no cambiaron de estado, lo que permite formar la ecuación molecular final.

Influencia del medio de la solución en el proceso de igualación

Las reglas para equilibrar los átomos de oxígeno e hidrógeno en las semirreacciones cambian radicalmente dependiendo del medio en el que se lleve a cabo el proceso.

• Medio ácido. Para compensar la deficiencia de oxígeno, se introducen moléculas de agua ($H_2O$) en la reacción. La igualación de los átomos de hidrógeno se realiza añadiendo protones libres ($H^+$).
• Medio alcalino. La fuente de oxígeno son los iones hidroxilo ($OH^-$). Si el oxígeno se encuentra en exceso, este se une a las moléculas de agua, generando iones hidróxido adicionales. El hidrógeno se toma de las moléculas de agua, y los protones sobrantes se unen inmediatamente para formar $OH^-$.
• Medio neutro. El papel del medio activo lo asume el agua. Dependiendo de la dirección del proceso, en los productos pueden acumularse tanto iones $H^+$ (ocurre una acidificación de la solución) como $OH^-$ (ocurre una alcalinización).

Características del trabajo con precipitados y electrolitos fuertes

Al utilizar el método de las semirreacciones, es sumamente importante cumplir con las reglas para escribir ecuaciones iónicas. Los electrolitos fuertes (por ejemplo, el ácido nítrico o sales solubles como el sulfato de cobre) siempre se disocian y se escriben en forma de iones separados.

Si en la reacción participa una sustancia insoluble en agua (por ejemplo, el sulfuro de cobre (I) — $Cu_2S$), es necesario dejarla estrictamente en su forma molecular.

También se debe prestar atención a las sustancias con doble función. Por ejemplo, el ácido nítrico puede actuar como agente oxidante (reduciéndose a óxido nítrico) y al mismo tiempo servir como medio ácido, uniendo los cationes metálicos formados en nitratos. Debido a esto, el coeficiente final delante del ácido se compondrá de dos partes: las moléculas destinadas a la reacción redox y las moléculas destinadas a la formación de sales.

Preguntas de clases y exámenes

Qué más repasar sobre el tema

• Análisis paso a paso de la reacción del permanganate de potasio con el peróxido de hidrógeno
• Oxidación del sulfuro de cobre (I) insoluble con ácido nítrico
• Algoritmo de igualación de redox en medio alcalino utilizando como ejemplo el tetrahidroxocromato(III)
• Doble papel de los ácidos: cálculo de coeficientes para procesos de formación de sales
• Tostación oxidativa y procesos termita como ejemplos de reacciones redox complejas

Otros temas de la sección «Capítulo 7. Clasificación de las reacciones químicas según los procesos electrónicos»

Material preparado por los profesores de WhiteCoat Pro según el plan de estudios de las facultades de medicina. De carácter educativo.