Redox y electroquímica
Redox y electroquímica evalúan el ajuste de ecuaciones, los números de oxidación, los potenciales de electrodo, las pilas galvánicas y la electrólisis. Se pide predecir espontaneidad, calcular potenciales y aplicar la conservación de electrones.
Ajuste y potenciales
En la oxidación se pierden electrones y aumenta el número de oxidación; en la reducción se ganan. En medio ácido se ajusta el oxígeno con H2O y el hidrógeno con H+; en medio básico se usan OH−. En una pila galvánica, el ánodo es donde ocurre la oxidación y el cátodo donde ocurre la reducción. E°celda = E°cátodo − E°ánodo, usando potenciales de reducción. Si E° > 0, entonces ΔG° < 0 y el proceso es espontáneo; además, ΔG° = −nFE°. La notación de pila es ánodo||cátodo. La electrólisis es el proceso inverso, forzado por una fuente externa.
Estequiometría electroquímica
La carga es Q = It y los moles de electrones son Q/F, con F = 96 485 C/mol. En ΔG = −nFE, n es el número de electrones ajustados, no el número de especies. Los potenciales son magnitudes intensivas: no se multiplican al multiplicar una semirreacción.
Ejemplo resuelto
Para la pila Zn|Zn2+||Cu2+|Cu, E°(Zn2+/Zn) = −0,76 V y E°(Cu2+/Cu) = +0,34 V. El cátodo es el Cu, por tener mayor potencial de reducción, y el ánodo es el Zn. E°celda = 0,34 − (−0,76) = 1,10 V. Como E° > 0, la reacción Zn + Cu2+ → Zn2+ + Cu es espontánea. El Zn se oxida, el Cu2+ se reduce, los electrones circulan por el circuito externo y los iones lo hacen por el puente salino.
Trampas
Invertir el signo del ánodo al usar E°celda = E°cátodo − E°ánodo. Multiplicar E° al ajustar electrones. Confundir ánodo y cátodo en una pila. Creer que un potencial negativo impide toda reducción si el conjunto es espontáneo. Usar masas en lugar de moles de electrones en electrólisis. No ajustar la carga en las semirreacciones.