Un agente reductor (también llamado un reductor , reductor , o donante de electrones ) es un elemento o compuesto que pierde o "dona" un electrón a un receptor de electrones (llamado el agente oxidante , oxidante , o de oxidación ) en un redox reacción química. El estado de oxidación del reductor aumenta mientras que el del oxidante disminuye; en otras palabras, los reductores "experimentan oxidación" y "se oxidan" mientras que los oxidantes "experimentan reducción" y "se reducen".
Por tanto, un agente reductor se oxida cuando pierde electrones en la reacción redox. Los agentes reductores "reducen" (y "son oxidados por") los oxidantes. Los agentes oxidantes "oxidan" (y "son reducidos por") los reductores.
En sus estados de pre-reacción, los reductores tienen electrones adicionales (es decir, están reducidos por sí mismos) y los oxidantes carecen de electrones (es decir, están oxidados por sí mismos). Un agente reductor se encuentra típicamente en uno de sus estados de oxidación más bajos posibles y se conoce como donante de electrones. Los ejemplos de agentes reductores incluyen los metales térreos, ácido fórmico , ácido oxálico y compuestos de sulfito . Por ejemplo, considere la reacción general de la respiración celular aeróbica :
- C 6 H 12 O 6 (s) + 6O 2 (g) → 6CO 2 (g) + 6H 2 O (l)
El oxígeno (O 2 ) se reduce, por lo que es el agente oxidante. La glucosa (C 6 H 12 O 6 ) se está oxidando, por lo que es el agente reductor.
En química orgánica , la reducción generalmente se refiere a la adición de hidrógeno a una molécula, aunque la definición antes mencionada todavía se aplica. Por ejemplo, el agente oxidante benceno se reduce a ciclohexano en presencia de un catalizador de platino :
- C 6 H 6 + 3 H 2 → C 6 H 12
Históricamente, la reducción se refería a la eliminación de oxígeno de un compuesto, de ahí el nombre de "reducción". Un ejemplo de este fenómeno es el Gran Evento de Oxidación , en el que se añadió oxígeno molecular producido biológicamente ( dioxígeno (O 2 ), que es un oxidante que acepta electrones) a la atmósfera de la Tierra primitiva , que era una atmósfera débilmente reductora que contenía gases reductores como metano ( CH
4) y monóxido de carbono ( CO ) (que son reductores que donan electrones) y prácticamente nada de oxígeno porque cualquiera que entrara reaccionaría con estos u otros reductores (particularmente hierro , produciendo formaciones de hierro en bandas ), resultando en su eliminación . La tasa de producción de oxígeno finalmente superó la disponibilidad de materiales reductores que eliminaban el oxígeno, lo que finalmente le dio a la Tierra una atmósfera fuertemente oxidante que contenía abundante oxígeno (como la atmósfera moderna ). [1] El sentido moderno de la donación de electrones es una generalización de esta idea, reconociendo que otros componentes pueden desempeñar un papel químico similar al del oxígeno.
Caracteristicas
Considere la siguiente reacción:
- 2 [Fe (CN) 6 ] 4− + Cl
2→ 2 [Fe (CN) 6 ] 3− + 2 Cl-
El agente reductor en esta reacción es ferrocianuro ( [Fe (CN) 6 ] 4− ). Dona un electrón, que se oxida a ferricianuro ( [Fe (CN) 6 ] 3− ). Simultáneamente, ese electrón es recibido por el cloro oxidante ( Cl
2), que se reduce a cloruro ( Cl-
).
Los agentes reductores fuertes pierden (o donan) electrones fácilmente. Un átomo con un radio atómico relativamente grande tiende a ser un mejor reductor. En tales especies, la distancia desde el núcleo hasta los electrones de valencia es tan larga que estos electrones no son fuertemente atraídos. Estos elementos tienden a ser agentes reductores fuertes. Los buenos agentes reductores tienden a consistir en átomos con baja electronegatividad , que es la capacidad de un átomo o molécula para atraer electrones de enlace, y las especies con energías de ionización relativamente pequeñas también sirven como buenos agentes reductores.
La medida de la capacidad de reducción de un material se conoce como su potencial de reducción . [2] La siguiente tabla muestra algunos potenciales de reducción, que pueden cambiarse a potenciales de oxidación invirtiendo el signo. Los agentes reductores se pueden clasificar aumentando la fuerza clasificando sus potenciales de reducción. Los reductores donan electrones a (es decir, "reducen") agentes oxidantes , que se dice que "son reducidos por" el reductor. El agente reductor es más fuerte cuando tiene un potencial de reducción más negativo y más débil cuando tiene un potencial de reducción más positivo. Cuanto más positivo sea el potencial de reducción, mayor será la afinidad de la especie por los electrones y la tendencia a reducirse (es decir, a recibir electrones). La siguiente tabla proporciona los potenciales de reducción del agente reductor indicado a 25 ° C. Por ejemplo, entre el sodio (Na), el cromo (Cr), el cuproso (Cu + ) y el cloruro (Cl - ), el Na es el agente reductor más fuerte mientras que el Cl - es el más débil; Dicho de otra manera, el Na es el agente oxidante más débil de esta lista, mientras que el Cl - es el más fuerte.
Los agentes reductores comunes incluyen metales potasio, calcio, bario, sodio y magnesio, y también compuestos que contienen el ión H - , los cuales son NaH , LiH , [4] LiAlH 4 y CaH 2 .
Algunos elementos y compuestos pueden ser tanto agentes reductores como oxidantes . El hidrógeno gaseoso es un agente reductor cuando reacciona con los no metales y un agente oxidante cuando reacciona con los metales.
- 2 Li (s) + H 2 (g) → 2 LiH (s) [a]
El hidrógeno (cuyo potencial de reducción es 0.0) actúa como agente oxidante porque acepta una donación de electrones del agente reductor litio (cuyo potencial de reducción es -3.04), lo que provoca que el Li se oxide y el Hidrógeno se reduzca.
- H 2 (g) + F 2 (g) → 2 HF (g) [b]
El hidrógeno actúa como un agente reductor porque dona sus electrones al flúor, lo que permite reducir el flúor.
Importancia
Los agentes reductores y oxidantes son los responsables de la corrosión , que es la "degradación de los metales como consecuencia de la actividad electroquímica". [2] La corrosión requiere un ánodo y un cátodo para producirse. El ánodo es un elemento que pierde electrones (agente reductor), por lo que la oxidación siempre ocurre en el ánodo y el cátodo es un elemento que gana electrones (agente oxidante), por lo que la reducción siempre ocurre en el cátodo. La corrosión ocurre siempre que hay una diferencia en el potencial de oxidación. Cuando esto está presente, el metal del ánodo comienza a deteriorarse, dado que existe una conexión eléctrica y la presencia de un electrolito .
Ejemplo de reacción redox
La formación de óxido de hierro (III) ;
- 4Fe + 3O 2 → 4Fe 3+ + 6O 2− → 2Fe 2 O 3
En la ecuación anterior, el hierro (Fe) tiene un número de oxidación de 0 antes y 3+ después de la reacción. Para el oxígeno (O), el número de oxidación comenzó como 0 y disminuyó a 2−. Estos cambios pueden verse como dos " semirreacciones " que ocurren al mismo tiempo:
- Media reacción de oxidación: Fe 0 → Fe 3+ + 3e -
- Media reacción de reducción: O 2 + 4e - → 2 O 2−
El hierro (Fe) se ha oxidado porque aumentó el número de oxidación. El hierro es el agente reductor porque le dio electrones al oxígeno (O 2 ). El oxígeno (O 2 ) se ha reducido porque el número de oxidación ha disminuido y es el agente oxidante porque tomó electrones del hierro (Fe).
Agentes reductores comunes
- Hidruro de litio y aluminio (LiAlH 4 ), un agente reductor muy fuerte
- Red-Al (NaAlH 2 (OCH 2 CH 2 OCH 3 ) 2 ), una alternativa más segura y estable al hidruro de litio y aluminio
- Hidrógeno naciente (atómico)
- Hidrógeno sin o con un catalizador adecuado , por ejemplo, un catalizador de Lindlar
- Amalgama de sodio (Na (Hg))
- Aleación de sodio y plomo (Na + Pb)
- Amalgama de zinc (Zn (Hg)) (reactivo para la reducción de Clemmensen )
- Diborano
- Borohidruro de sodio (NaBH 4 )
- Compuestos que contienen el ion Fe 2+ , como el sulfato de hierro (II)
- Compuestos que contienen el ion Sn 2+ , como el cloruro de estaño (II)
- Dióxido de azufre (a veces también se usa como agente oxidante ), compuestos de sulfito
- Ditionatos , p. Ej., Na 2 S 2 O 6
- Tiosulfatos , por ejemplo, Na 2 S 2 O 3 (principalmente en química analítica)
- Yoduros , por ejemplo, KI (principalmente en química analítica)
- Peróxido de hidrógeno ( H
2O
2) - principalmente un oxidante pero ocasionalmente puede actuar como un agente reductor (típicamente en química analítica). - Hidrazina ( reducción de Wolff-Kishner )
- Hidruro de diisobutilaluminio (DIBAL-H)
- Ácido oxálico ( C
2H
2O
4) - Ácido fórmico (HCOOH)
- Ácido ascórbico (C 6 H 8 O 6 )
- Reduciendo azúcares
- Fosfitos , hipofosfitos y ácido fosforoso
- Ditiotreitol (DTT): se utiliza en los laboratorios de bioquímica para evitar los enlaces SS
- Monóxido de carbono (CO)
- Cianuros en procesos metalúrgicos hidroquímicos
- Carbono (C)
- Clorhidrato de tris-2-carboxietilfosfina (TCEP)
Ver también
- Corrosión
- Electroquímica
- Electrólito
- Aceptador de electrones
- Donante de electrones
- Electrosíntesis
- Redox
- Reducir el equivalente
- Reducción orgánica
- Agente oxidante
Notas
- ^ Medias reacciones : 2 Li 0 (s) → 2 Li + (s) + 2 e - ::::: H 2 0 (g) + 2 e - → 2 H - (g)
- ^ Medias reacciones : H 2 0 (g) → 2 H + (g) + 2 e - ::::: F 2 0 (g) + 2 e - → 2 F - (g)
Referencias
- ^ Sosa Torres, Martha E .; Saucedo-Vázquez, Juan P .; Kroneck, Peter MH (2015). "Capítulo 1, Sección 2: El aumento de dioxígeno en la atmósfera". En Kroneck, Peter MH; Sosa Torres, Martha E. (eds.). Sostener la vida en el planeta Tierra: metaloenzimas que dominan el dioxígeno y otros gases masticables . Iones metálicos en ciencias de la vida, volumen 15. 15 . Saltador. págs. 1-12. doi : 10.1007 / 978-3-319-12415-5_1 . ISBN 978-3-319-12414-8. PMID 25707464 .
- ^ a b "Valores de potencial de oxidación y reducción de electrodos" . www.siliconfareast.com . Consultado el 29 de marzo de 2018 .
- ^ "Potenciales de electrodos estándar" . hyperphysics.phy-astr.gsu.edu . Consultado el 29 de marzo de 2018 .
- ^ Aufray M, Menuel S, Fuerte Y, Eschbach J, Rouxel D, Vincent B (2009). "Nueva síntesis de partículas de niobato de litio y óxidos de niobio de tamaño nanométrico y su caracterización mediante análisis XPS" (PDF) . Revista de Nanociencia y Nanotecnología . 9 (8): 4780–4789. doi : 10.1166 / jnn.2009.1087 . PMID 19928149 .
- ^ http://bbc.co.uk/bitesize/guides/zx2bh39/revision/5
Otras lecturas
- "Principios químicos: la búsqueda de la comprensión", tercera edición. Peter Atkins y Loretta Jones p. F76
enlaces externos
- Tabla que resume la concentración de los agentes reductores en Wayback Machine (archivada el 11 de junio de 2011)