- En què consisteix la reducció?
- Nombre d'oxigen
- àtom electronegatiu
- exemples
- Reducció en química orgànica
- Extracció de metalls
- referències
La reducció és tota aquella reacció química on els àtoms d'un dels reactius acaba guanyant electrons; el que també es pot veure d'aquesta manera: es redueix la seva vacant o "incomoditat" electrònica. Un àtom guanya electrons quan una espècie els dona; és a dir, s'oxida.
Aquest tipus de reacció no poden donar-se per si soles: si una espècie accepta els electrons, una altra obligatòriament ha cedir-los. En cas contrari, s'estaria creant matèria del no-res, reduint-se els àtoms després de guanyar electrons de l'buit. Per tant, és una semireacció redox (reducció / oxidació).
Reducció de l'arbre de plata. Font: Gabriel Bolívar.
Un exemple il·lustratiu de la reducció que pot mostrar-se en aules de classes és la reacció entre una superfície metàl·lica de coure, i una solució aquosa de nitrat de plata, AgNO 3.
En la solució, la plata es troba com cations Ag +, carregats positivament. Aquests a l'interaccionar amb la superfície de l'coure, amb forma d'arbre de Nadal, li arrabassen els electrons als àtoms de coure. Quan això passa, el coure substitueix la plata en la sal de nitrat; i com a resultat, es forma nitrat de coure, Cu (NO 3) 2.
Els cations Cu 2+ al costat de l'NO 3 - tornen blavosa la solució; i la plata, emblanqueix l'arbre de Nadal com si ho recobrís amb neu.
En què consisteix la reducció?
En la reducció ja s'ha dit que una espècie guanya electrons. Com es pot comprovar això en una equació química? Per exemple, en l'equació de la reacció entre el Cu i AgNO 3, com saber quan ocorre la reducció? Per verificar-ho, cal determinar el nombre o estat d'oxidació.
Els elements en els seus estats naturals, tenen per definició un estat d'oxidació igual a zero, ja que s'assumeix que no han perdut ni guanyat electrons. Així, els metalls sòlids tenen estat d'oxidació zero. Sent així, la plata passa de +1 (Ag +) a 0 (Ag). La càrrega d'un ió metàl·lic és igual al seu estat d'oxidació.
D'altra banda, els electrons van provenir de l'coure: passant de 0 (Cu) a +2 (Cu 2+). El anió nitrat, NO 3 - roman inalterable mentre tots dos metalls intercanvien electrons; per tant, l'equació es pot escriure com:
2Ag + + Cu => 2Ag + Cu 2+
Noti que tant les càrregues com els àtoms estan balancejats.
En això consisteix la reducció química: en el guany d'electrons que fan menys positius els estats d'oxidació dels àtoms que guanyen els electrons.
Nombre d'oxigen
Els oxígens són àtoms molt electronegatius i oxidants, de manera que quan un àtom forma compostos amb ells (com els òxids), tenen estats d'oxidació positius. Mentre més gran sigui el nombre d'oxígens interaccionant amb l'àtom, més positiu serà el seu estat d'oxidació; o el que és igual, està més oxidat.
Per tant, quan un compost té menys àtoms d'oxigen, es diu que està menys oxidat; és a dir, l'àtom perd menys electrons.
Un exemple clàssic es pot veure al monòxid i diòxid de carboni. Per al CO, el carboni té un estat d'oxidació de +2; mentre que per al CO 2, el seu estat d'oxidació és +4.
Llavors, si en una reacció el CO 2 es transforma a CO, es diu que està passant una reducció; ja que, el carboni ara interacciona amb un oxigen i no dos. Per a la reacció contrària, CO transformant-se en CO 2, es parla d'una oxidació de l'carboni.
Això s'aplica per a tots els àtoms, especialment els metalls en els seus òxids metàl·lics; per exemple, CrO 2 (Cr 4+) i CrO 3 (Cr 6+).
En les equacions químiques on una espècie perd oxigen, mentre l'altra espècie el guanya, es diu que ocorre una transferència d'oxigen.
àtom electronegatiu
Sempre es pot determinar si hi va haver una reducció mitjançant el canvi de l'estat d'oxidació cap a un valor menys positiu. Com acaba d'explicar-se, una manera ràpida de notar-ho sense si més no fer els càlculs és observant si hi ha una disminució en els àtoms d'oxigen en un compost.
El mateix pot passar amb qualsevol altre àtom que sigui més electronegatiu que l'àtom que guanya o perd els electrons.
Per exemple, si el CF 4 reacciona de tal manera que es converteixi en CH 4, es diu llavors que va ocórrer una reducció; ja que el fluor és molt més electronegatiu que l'àtom d'hidrogen. Com a resultat, el carboni està menys oxidat al CH 4 que en el CF 4, el que és igual a dir que s'ha reduït.
exemples
Reducció en química orgànica
L'exemple de l'CF 4 i CH 4 reflecteix el que esdevé en les reaccions orgàniques, on la reducció de la càrrega parcial d'un àtom es considera com un guany electrònica. Això s'aplica molt a l'hora de considerar la reducció de grups funcionals oxigenats.
Per exemple, consideri els grups ROH, RCHO i COOH. El primer correspon als alcohols, on el carboni s'enllaça amb l'oxigen (C-OH); el segon és el grup aldehid, on el carboni forma doble enllaç amb l'oxigen ia més està enllaçat a un hidrogen (C = OH); i el tercer és el grup carboxil.
En el grup carboxil, el carboni forma un doble enllaç amb un O, i un enllaç simple amb un altre O (HO-C = O).
Per tant, passa una reducció si es transforma un àcid carboxílic en un alcohol:
RCOOH => ROH
Extracció de metalls
La reducció química és summament important en els processos d'extracció de metalls a partir dels seus minerals. Algunes de les reaccions són:
HgS + O 2 => Hg + SO 2
El sulfur de mercuri es redueix a mercuri metàl·lic.
Cu 2 S + O 2 => 2Cu + SO 2
Es redueix el sulfur de coure a coure metàl·lic.
2ZnS + 3O 2 => 2ZnO + 2SO 2
ZnO + C => Zn + CO (notin la transferència de l'O)
El sulfur de zinc es redueix primer al seu monòxid i després a la seva forma metàl·lica.
Fe 2 O 3 + 3CO => 2Fe + 3CO 2
L'òxid fèrric es redueix a ferro metàl·lic.
WO 3 + 3H 2 => W + 3H 2 O
I el triòxid de tungstè es redueix a tungstè metàl·lic.
A manera d'exercici es pot determinar el nombre d'oxidació de l'metall abans de ser reduït.
referències
- Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Química. (8va ed.). Cengage Learning.
- Chemistry LibreTexts. (09 de desembre del 2018). Oxidation-Reduction Reactions. Recuperat de: chem.libretexts.org
- Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (04 de juliol del 2018). The Definition of Reduction in Chemistry. Recuperat de: thoughtco.com
- Hultzman R. (2019). Reduction in Chemistry: Definition & Overview. Study. Recuperat de: study.com
- Clark J. (2013). Definitions of oxidation and reduction (redox). Recuperat de: chemguide.co.uk
- Tutor Vista. (Sf). Reduction reaction. Recuperat de: chemistry.tutorvista.com