Potenciales de reducción estándar: definición y ejemplo
¿Qué es un potencial de reducción estándar?
¿En qué piensas cuando escuchas ‘reducción’? Muchos de nosotros asociamos la palabra reducción con hacernos más pequeños, pero en el mundo de la química, reducción en realidad significa ganar algo, específicamente electrones. La reducción es la obtención de electrones por un átomo. Es parte de un tipo de reacción llamada reacción redox. El otro átomo de la reacción se oxida , lo que significa que pierde electrones. Para ayudarle a recordar esto, considere el siguiente acrónimo: LEO dice GER. Pierde electrones, oxida. La ganancia de electrones se reduce.
Entonces, ¿qué tiene esto que ver con el potencial de reducción estándar? El potencial de reducción estándar es la probabilidad de que una molécula o átomo particular se reduzca o gane electrones. El potencial de reducción estándar se expresa en voltios en condiciones estándar, una temperatura de 298 K, una presión de 1 atmósfera y con soluciones de 1 M. Cuanto más positivo sea el potencial de reducción estándar, más probable es que la molécula gane electrones y se reduzca. Si el potencial de reducción es negativo, es más probable que esa molécula ceda electrones y se oxide.
Ejemplos
Veamos algunos ejemplos. El gas flúor es extremadamente electronegativo y quiere adquirir electrones para completar su capa exterior. Debido a esto, el flúor tiene un potencial de reducción relativamente alto de + 2,87 V, lo que indica que es probable que reciba electrones y se reduzca.
Los potenciales de reducción se escriben en medias reacciones para la molécula que se está reduciendo. La tabla aquí muestra los valores para algunos potenciales de reducción estándar comunes.
| Reacción | Potencial de reducción (voltios) |
|---|---|
| Cl 2 + 2e- —> 2 Cl- | +1,36 |
| O 2 + 4H + 4e- —> 2H 2 | +1,23 |
| Ag + e- —> Ag | +0,80 |
| Cu 2 + 2e- —> Cu | +0,34 |
| 2H + 2e- —> H2 | 0 |
| Fe 2 + 2e- —> Fe | -0,44 |
| Zn 2 + 2e- —> Zn | -.076 |
| Mn 2 + 2e- —> Mn | -1,18 |
| Li + e- —> Li | -3,04 |
Determinación del potencial de reducción estándar
Entonces, ¿cómo obtienen los científicos estos números para el potencial de reducción estándar? Cualquier potencial de reducción estándar se puede determinar experimentalmente. Primero, un científico creará una celda galvánica, que puede conducir electricidad, usando un electrodo de hidrógeno estándar (SHE) . Este es el electrodo de referencia y el potencial de reducción estándar se establece en cero para SHE. Luego, el otro lado de la celda galvánica se configura con el material en cuestión, por ejemplo, cobre.
A continuación, se utiliza un voltímetro para medir el flujo de electrones entre el SHE y el electrodo de cobre. El voltímetro indica el potencial de reducción estándar del cobre o cualquier material que se esté utilizando. En nuestro ejemplo, el cobre tiende a reducirse y el voltímetro leerá un potencial de reducción estándar de 0.337V.
Cálculo del potencial de celda estándar
Una vez que se determinan los potenciales de reducción estándar para los componentes de una celda, se puede calcular el potencial de la celda estándar . Si alguna vez ha usado baterías, ya está familiarizado con la utilidad del potencial de celda estándar. El potencial de celda estándar mide esencialmente cuánta energía hay en la celda o batería. La energía disponible proviene del movimiento de electrones durante las reacciones redox entre los dos químicos de la batería.
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Para calcular el potencial de celda estándar, simplemente agregue el potencial de reducción y el potencial de oxidación de los dos químicos usados en la batería. El potencial de oxidación es simplemente la probabilidad de que la molécula pierda electrones para oxidarse. Si conoce el potencial de reducción de una molécula, simplemente puede invertir el signo para obtener el potencial de oxidación. Veamos un ejemplo.
Digamos que tiene una batería con zinc como ánodo, el lado negativo de la batería y cobre como cátodo, o el lado positivo de la batería. El zinc tiene un potencial de reducción de -0,76 V, lo que significa que pierde electrones y se oxida. El cobre tiene un potencial de reducción de 0,34 V, lo que significa que acepta electrones y se reduce. Dado que el zinc se está oxidando, invertimos el signo del potencial de reducción para obtener un potencial de oxidación de 0.76V. Luego, sumamos estos potenciales para obtener el potencial de celda de la batería, 1.1V.
E = 0,76 V + 0,34 V = 1,1 V
Resumen de la lección
El potencial de reducción estándar de una molécula es la probabilidad de que gane electrones para reducirse durante una reacción redox. Si el potencial de reducción estándar es positivo, es más probable que la molécula se reduzca. Sin embargo, si el potencial de reducción estándar es negativo, es más probable que la molécula pierda electrones y se oxide . El potencial de reducción estándar se puede calcular experimentalmente comparando la transferencia de electrones del electrodo de hidrógeno estándar (SHE) usando un voltímetro en una celda galvánica. Una vez que se conoce el potencial de reducción de una molécula, el potencial celular estándar, o la energía contenida dentro de una celda, se puede determinar sumando el potencial de reducción y el potencial de oxidación para los dos lados de la batería.