SESIÓN 1

Sesión 1

CONTENIDOS: Importancia de las reacciones de oxidación y reducción.

• Características y representaciones de las reacciones redox.

- Número de oxidación

APRENDIZAJES ESPERADOS

• Identifica el cambio químico en algunos ejemplos de reacciones de óxido-reducción en actividades experimentales y en su entorno.

• Relaciona el número de oxidación de algunos elementos con su ubicación en la Tabla periódica.

• Analiza los procesos de transferencia de electrones en algunas reacciones sencillas de óxido-reducción en la vida diaria y en la industria.

Cuando una sustancia experimenta un cambio químico participa en una reacción química. Una vez que la sustancia ha reaccionado, ya no tiene la misma naturaleza química. Aunque te sorprenda que una sustancia puede experimentar un cambio y transformarse en otra, todo el tiempo están ocurriendo reacciones químicas a tu alrededor. Las reacciones químicas se pueden emplear para calentar nuestra casa, encender el motor de un vehículo, fabricar telas para vestirse, elaborar medicamentos, producir pinturas y pigmentos. Las reacciones también proporcionan energía para pensar, trabajar, caminar y correr.

Hay diversas señales que indican que se han llevado a cabo reacciones químicas, aunque ninguna de ellas por sí sola prueba que ha ocurrido un cambio, porque algunos cambios físicos implican uno o más cambios observables.

Los cambios químicos casi siempre se acompañan de cambios de color, cuando un clavo de hierro ha estado mucho tiempo a la intemperie se recubre de una capa de cloro pardo negruzco ¿Por qué? ¿Sabes qué fenómeno causa el color café que aparece en algunas frutas y verduras después de pelarlas? ¿Por qué no cambia el color de la fruta o verdura que no sea cortado?

Frecuentemente suceden a nuestro alrededor distintas transformaciones, por ejemplo, la reacción de oxidación-reducción (redox) forma parte fundamental de nuestras vidas. ¿Te imaginas un mundo carente de pilas o ausente de baterías para automóviles y otros vehículos y aún más, sin energía?

¿Puedes creer que en tu organismo todo el tiempo ocurren reacciones redox? Por ejemplo, la respiración, reacción que se efectúa durante el proceso de la oxigenación de la sangre en los pulmones, otro ejemplo se verifica durante la combustión de los nutrientes dentro de las células, etcétera. Entonces ¿Qué es la oxidación-reducción? ¿Por qué son importantes las reacciones de oxidación?

Cuando pelas o cortas una manzana una papa y otra fruta o verdura que al contacto con el aire se oscurece, se debe a que el oxígeno del aire reacciona con las sustancias de los materiales. Otra reacción del oxígeno es la causa de la herrumbre (óxido) que desgasta las partes metálicas de los objetos, como en las bicicletas, los automóviles, las rejas de las ventanas y puertas. ¿Puedes deducir por qué se llama reacciones de oxidación? Más adelante veremos que no todas las reacciones de oxidación se deben al oxígeno.

Una reacción de oxidación nunca ocurre sola, pues siempre va acompañada de una reacción de reducción. Enseguida identificarás las características de ésta formidable pareja de reacciones y por qué siempre van juntas…

Actividad 1

1.- Lee con atención el siguiente texto y complétalo.

La oxidación del hierro

La oxidación es un fenómeno que ocurre cotidianamente en la Naturaleza e, incluso, afecta al ser humano de diversas maneras. Los objetos de hierro se oxidan formando nuevas sustancias a las que llamamos ____________; en el caso del hierro, el producto de su oxidación es un compuesto café rojizo conocido como ___________________ o herrumbre (Fe2 O3). La formación de herrumbre, denominada también _________________, debilita progresivamente las estructuras construidas con este metal. Se calcula que cerca de 20 % de la producción anual de hierro se utiliza exclusivamente para remplazar piezas de hierro en casas, edificios, automóviles o barcos que han experimentado corrosión, por lo que las pérdidas económicas ocasionadas por este proceso son importantes. Sin embargo, no todos los óxidos provocan problemas al ser humano; de hecho, algunos de estos compuestos son de gran utilidad. Los chips, por ejemplo, que se emplean para almacenar una gran cantidad de información, están elaborados con un óxido: el óxido de _____________.

                                Actividad 2

2. contesta las siguientes preguntas:

A) ¿Puedes reconocer algunas reacciones químicas redox que ocurran a tu alrededor? Descríbelas.

B) Observa lo que ocurre en las reacciones que se presentan en las siguientes imágenes y responde:

         1) Describe lo que observas en las imágenes

    2) ¿Ocurre el mismo fenómeno en todas las imágenes? Fundamenta tu respuesta.

3) ¿Qué le sucede al carbón de la figura C cuando reacciona con el oxígeno del aire y forma dióxido de carbono (CO2)?

4) de los ejemplos presentados, ¿cuáles reacciones son lentas y cuáles son rápidas?

5) ¿Con qué se protegen de la oxidación los cables de acero de un puente? ¿Y los tapones de las llantas de los automóviles?

Sesión 2

Lee atentamente…

Oxidación reducción

A la combinación de cualquier elemento o sustancia con oxígeno se le denomina oxidación. e llama también oxidación a la pérdida de electrones de un átomo. Las oxidaciones pueden ser lentas o rápidas, pero siempre hay una liberación de energía. Un ejemplo de oxidación lenta es la oxidación de los metales, lo que llamamos corrosión o enmohecimiento. Una manzana partida y expuesta al aire también se oxida.

Si hay un elemento que se oxida también debe haber otro que se reduce, es decir, si un elemento cede electrones, tiene que haber otro que los acepte.

Por ello, estas reacciones reciben el nombre de reacciones de transferencia de electrones, también denominadas reacciones redox. La sustancia que se oxida provoca que la otra se reduzca, por lo que recibe el nombre de reductor. La sustancia que se reduce provoca que la otra se oxide; por lo tanto, recibe el nombre de oxidante.

Oxidación-reducción: en los procesos de oxidación, una especie química cede (pierde) electrones; en los procesos de reducción, gana (acepta) electrones.

Los metales expuestos a la intemperie, como el hierro (Fe), se oxidan o se enmohecen y producen un polvo rojizo llamado “óxido”. También el cobre (Cu), el plomo (Pb), el zinc (Zn) y el aluminio (Al) originan óxidos metálicos importantes al combinarse con el oxígeno.

Como la reacción es muy lenta, la producción de calor desprendido no se percibe porque se disipa en el ambiente, por lo que tampoco se emite luz.

Otra forma de oxidación lenta es la respiración, que es un proceso vital para todo ser vivo, es decir, si no se realiza sobreviene la muerte.

La llama de un cerillo que se enciende, una hoguera o una fogata son ejemplos de oxidación rápida con producción de luz y calor, a las que se denomina combustiones.

En la combustión se realizan las acciones de arder o quemar. Esto es posible si hay una sustancia combustible (que se queme) y otra comburente (que active la combustión). La mayoría de los combustibles contienen carbono e hidrógeno. Cuando arden, el carbono se combina con el oxígeno y origina el dióxido de carbono (CO2); el hidrógeno se combina con el oxígeno dando como producto final agua (H2O).

Combustión espontánea. La temperatura más baja a la que una sustancia empieza a arder y continúa quemándose se llama temperatura de inflamación. Por ejemplo, los trapos viejos de los pintores saturados de aceite de linaza y pinturas de toda clase suelen provocar incendios. Esto se debe a que la oxidación lenta del aceite de linaza va desprendiendo calor. Si no hay aire suficiente, los trapos aceitosos se calientan más y más hasta llegar a su temperatura de inflamación y entonces comienzan a arder. A este tipo de inflamación se le llama combustión espontánea

Actividad 2

Lee con atención el siguiente texto y complétalo escribiendo sobre las líneas las palabras adecuadas:

La combustión: otra forma de obtener óxidos

El cambio producido al quemar una vela es una reacción de combustión. Se llama así a todas las reacciones con oxígeno que producen _________________ en forma de ______ y ___________. Las combustiones son oxidaciones, como la que ocurre sobre la superficie de un clavo de hierro, pero mucho más ______________ y se dan a temperaturas elevadas. Las sustancias que reaccionan con el oxígeno en estos procesos se llaman __________________. La madera, la gasolina y el gas de las estufas y los encendedores son ejemplos de combustibles. 59 algunas de estas combustiones no dejan cenizas, como el gas de la estufa o el encendedor; sin embargo, sí forman nuevas sustancias. No podemos ver los óxidos producidos, porque son ___________ incoloros, pero sí podemos identificarlos con ayuda de otras reacciones químicas, como al identificar el dióxido de carbono producido por la combustión de la parafina de una vela, que se representa por la siguiente ecuación: C25 H52 (s) + 38O2 (g) 25CO2 (g) + 26H2 O(g) + energía parafina + oxígeno produce dióxido de carbono + agua + energía Así, aunque los óxidos metálicos (como la herrumbre) y los óxidos gaseosos (provenientes de una combustión) son muy distintos, ambos comparten la presencia de _____________________.

Sesión 3

Lee atentamente y elabora un mapa mental (IMÁGENES)…

Las reacciones redox

Experiencias alrededor de las reacciones de oxido reducción.

¿Alguna vez has observado cómo se suelda con un soplete de acetileno? ¿Qué tipo de reacción se produce? ¿De qué forma la identificas?

En esta reacción, una sustancia (acetileno) se combina rápidamente con el oxígeno y forma dióxido de carbono (CO2) y agua (H2O) es una reacción de combustión (oxidación) exotérmica y libera suficiente energía para fundir metal.

Esta reacción redox se presenta mediante la ecuación química siguiente:

Hay muchas reacciones de óxido-reducción que se llevan a cabo en nuestro entorno. Recuerda que en una reacción de óxido-reducción se transfieren electrones. Este intercambio de electrones que se efectúa en una reacción redox debe ocurrir al mismo tiempo. Un ejemplo sería la reacción que efectúa entre el hierro y una disolución de sulfato de cobre II.

Ya estudiamos que en toda reacción redox encontramos una sustancia que provoca la oxidación y otra una sustancia que provoca la reducción. Un buen agente oxidante es el oxígeno. Los metales son buenos agentes reductores. El hidrógeno es uno de los agentes reductores más importantes. En el hogar utilizamos diferentes materiales, muchos de ellos son excelentes oxidantes o reductores. A continuación presentaremos una lista de materiales de uso común y ejemplos cotidianos en los cuales son buenos oxidantes o reductores:

Productos caseros que son oxidantes o reductores

En nuestra vida diaria, algunas de las sustancias químicas que utilizamos las identificamos con un nombre común, que muchas veces no corresponde al nombre científico, como podrás observar en los siguientes ejemplos:

Agua oxigenada o peróxido de hidrógeno (H2O2)

Propiedades físicas: en estado puro es líquido incoloro, viscoso, 1.46 veces más denso que el agua, al contacto quema la piel, en disolución acuosa su sabor es amargo y metálico (nunca debes probar con la boca las sustancias químicas. Te puedes intoxicar) es termolábil y fotolábil es decir que se descompone por el calor y por la luz, razón por la que se envasan en frascos de color ámbar oscuro. Es un agente oxidante muy activo que oxida espontáneamente a las sustancias orgánicas. Sus aplicaciones están determinadas por su poder oxidante. El peróxido de hidrógeno comercial es una disolución acuosa qué contiene un pequeño estabilizador, como el ion fosfato, con el fin de retardar su descomposición en agua y oxígeno según la reacción siguiente:

El H2O2 que se venden en las farmacias es una disolución al 5% (5 gramos de H2O2 por cada 100 gramos de producto) que se emplea en la medicina como antiséptico. También se vende una disolución al 6%, que se usa como decolorante para el cabello (tintes). El cabello posee una sustancia llamada “melanina”, que es la que origina el color oscuro del pelo y de la piel. Cuando decolora el cabello, el peróxido de hidrógeno, H2O2, o agua oxigenada, actúa como oxidante. Los catalizadores más efectivos para la descomposición del peróxido de hidrógeno H2O2, son unas enzimas de las células vegetales y animales llamadas catalasas, las cuales tienen la misión específica de iniciar en el organismo vivo la descomposición de los peróxidos.

La corrosión

Esta reacción es muy importante en la economía porque se estima que las pérdidas, de los últimos estudios llevados a cabo sobre el impacto económico de la corrosión, muestran que tan solo en Estados Unidos fueron aproximadamente 276000 millones de dólares en tan sólo 3 años algo así como el 3.1% del PIB de ese país; mientras que para Perú las pérdidas debidas a la corrosión representaron el 8% de su PIB, es decir, cerca de 1200 millones de dólares; en México no existe ningún estudio para estimar los gastos que representan las pérdidas por corrosión en estos países se estima que cerca del 18% de su producto anual de hierro y acero se utiliza para reemplazar los objetos afectados por la corrosión, como son las vías de los trenes, los soportes de puentes, entre otros. Cuando el hierro se expone al aire húmedo se produce una reacción de oxidación sobre todo dónde está dañada la pieza por picaduras o rajaduras. Las reacciones serían:

El hidróxido de hierro III (Fe (OH)3), es la herrumbre que ya conoces. Ésta es porosa y escamosa por lo que se separa fácilmente de la superficie, quedando el metal expuesto al aire. Las reacciones de oxidación y reducción se dan de forma separada en la superficie de los objetos de metal.

Objetos de cobre

Seguramente has visto que los objetos de cobre que cuando se encuentran expuestos al aire húmedo que contiene un poco de compuestos de azufre se ven verdes. Esto se debe a un proceso de oxidación. Cada átomo de cobre metálico pierde dos electrones para producir CO2+, formando CuSO4+3Cu (OH)2 +3Cu (OH)2CO3, estos compuestos son los responsables de la cubierta verdosa que se forma sobre la superficie del metal. (el pie de la imagen, por ejemplo)

Objetos de aluminio

a pesar de que el aluminio es un metal más activo que el hierro y por lo tanto se oxida con mayor rapidez; sin embargo, el óxido de aluminio es duro y no se descama fácilmente, protegiendo al metal de seguir oxidándose. La reacción queda:

En las zonas donde existen salinidad, está dificulta la protección de la capa de óxido de aluminio de las superficies y provoca que se siga oxidando el metal.

Los blanqueadores

Son sustancias que se utilizan para quitar el color o las manchas de las telas y otros objetos, sin embargo algunos pueden ser peligrosos caros o pueden dañar las telas. La verdad es que los blanqueadores no eliminan las sustancias que provocan las manchas o el color, sino que reaccionan con ellas para formar compuestos incoloros. Por ejemplo, el cloro que se utiliza con frecuencia en los blanqueadores como hipoclorito de sodio (NaClO), que al entrar en contacto con las manchas obscuras las oxida y las disminuye el color hasta desaparecerlo en la mayoría de los casos. La reacción queda:

Fabricación de acero

En la fabricación del acero se debe purificar el mineral de hierro, por lo general hematita (Fe2O3), en hierro metálico. Este proceso se realiza en un alto horno por medio de varias reacciones redox. La más importante es aquella en la que se reduce el mineral de hierro en hierro metálico y se usa monóxido de carbono gaseoso como agente reductor. En el alto horno el aire caliente causa que se queme el Coque (una forma de carbono) para producir CO2 y calor. Enseguida se mezcla piedra caliza (CacO3) con el mineral de hierro en el horno dando como resultado este proceso cal (CaO) y más dióxido de carbono (CO2) el dióxido de carbono (CO2) oxida el Coque a través de una reacción redox dando como resultado monóxido de carbono (CO), que se usa para reducir el mineral de hierro a Hierro metálico. Las reacciones son:

Actividad 2

Sombrea los óxidos metálicos

Actividad 3

Enlista los óxidos metálicos y los óxidos no-metálicos y frente a ellos escribe sus nombres.

Sesión 4

Las reacciones redox

Experiencias alrededor de las reacciones de oxido reducción.

Reacciones en las explosiones

Las explosiones son por lo general reacciones de óxido-reducción, se realizan con gran rapidez y un aumento de volumen importante. Casi siempre se encuentran presentes compuestos de Nitrógeno que se combinan con otras sustancias para obtener nitrógeno gaseoso, que esel responsable de las explosiones. Este tipo de mezclas se utilizan principalmente para destruir edificios, mover grandes cantidades de tierra o de piedras, lanzar cohetes al espacio o fabricar bombas.

El combustible de los cohetes es una mezcla solida que contiene 12% de aluminio en polvo, 74% de perclorato de amonio y 12% de un polímero aglutinante. después de que se enciende la mezcla el motor no puede apagarse. El perclorato de amonio es muy reactivo y da el oxígeno que produce la oxidación. El aluminio en polvo provoca una reacción más rápida y muy caliente. El polímero se utiliza para que no se separen los componentes de la mezcla y ayuda a que se quemen totalmente. La reacción que se da es:

Otras reacciones redox que se dan en la naturaleza ocurren muy cerca de los cráteres de los volcanes activos, que lanzan compuestos de azufre desde el fondo de la Tierra, formando grandes depósitos de azufre sólido de color amarillo. El azufre actúa como agente oxidante y como agente reductor. En la siguiente ecuación se señala qué se oxida y qué se reduce:

Características oxidantes de la atmósfera y reductoras de la fotosíntesis

La producción de nuevas sustancias químicas nos ha aportado grandes ventajas, pero también inconvenientes, por ejemplo, los insecticidas nos liberan de las plagas, pero también pueden contaminar el agua y el suelo. Con esto la parte de la tierra que recibe mayor agresión ambiental es la atmósfera; muchos compuestos químicos se emiten a la atmósfera y son parte de diversas reacciones de óxido-reducción. Por ejemplo, la quema de combustibles fósiles arroja la atmósfera más dióxido de carbono (CO2) del que las plantas pueden reciclar, los principales problemas ambientales actuales son: el aumento del efecto invernadero, el deterioro de la capa de ozono y la lluvia ácida.

Actividad 1

 selecciona uno de los temas a investigar; después realiza un informe de investigación.

Ø Uso del dicromato de potasio en el alcoholímetro

Ø peróxido de hidrógeno para aclarar el cabello

Ø revelador de fotografías en blanco y negro

Ø El ácido ascórbico en la fruta

Ø La ruptura del ozono en la atmósfera

Ø Reacciones redox en el ciclo del carbono

Ø Reacciones redox en el ciclo del nitrógeno

Ø Reacciones redox en el ciclo del azufre

Ø Reacciones redox en el ciclo del fósforo

Ø Reacciones redox en el efecto invernadero

Ø Reacciones redox en el proceso de generación de lluvia ácida

Actividad 2

Observa la imagen e indica en dónde se realizan las reacciones de oxidación y cuáles son:

Actividad 3

Lee atentamente el siguiente texto y después realiza lo que se te pide.

La lluvia ácida

 La lluvia ácida se genera por la reacción de algunos óxidos con el agua, la cual produce un ácido. Aunque antes se creía que era un problema exclusivo de las localidades urbanas con actividad industrial –donde se vierte a la atmósfera una gran cantidad de óxidos–, ahora se sabe que estos óxidos pueden ser transportados por el viento a través de varios kilómetros, permitiendo que la lluvia ácida se precipite también en lugares sin fábricas o industrias cercanas.

 Realiza lo siguiente:

 1. Analiza la reacción de un óxido metálico y de uno no metálico con agua (escribe los nombres de los compuestos):

2. Contesta:

a) ¿Cuál es la reacción de un óxido metálico con agua y cuál la de un óxido no metálico?

b) ¿En cuál de las dos se produce un ácido?

c) ¿La lluvia ácida se produce cuando el agua reacciona con óxidos metálicos o no metálicos? Explica.

d) ¿Cómo pueden reducirse los problemas de lluvia ácida? Argumenta tu respuesta