En los
libros de texto modernos las técnicas de balanceo explicadas son únicamente
tanteo y la de ion electrón. Lo anterior se debe posiblemente a que toda
ecuación sencilla se puede balancear por tanteo mucho más rápidamente que usar
una técnica algebraica, mientras que la mayoría de las ecuaciones complejas se
pueden balancear por ion electrón, además de que esta técnica es introductoria
al gran capítulo de celdas galvánicas y electroquímica.
Sin embargo,
debo admitir que yo me formé con un libro de texto un poco más antiguo (Matamála &
Gonzalez, 1976), que si diferenciaba algunas
características de la técnica de balanceo de redox y de la técnica de balanceo
de Ion electrón, que en el contexto inglés son unificadas bajo el nombre o
etiqueta del balanceo de semi reacciones.
La
principal diferencia radica en que una ecuación qué se balancee por Ion
electrón es una ecuación química incompleta,
es decir en la cual no nos dan algunos de los reactivos sino nos ofrecen
algunos de los productos, la segunda característica de una ecuación que se debe
balancear por Ion electrón es que las especies
químicas involucradas son iónicas de allí su nombre en español Ion
electrón.
Para
balancear por Ion electrón podemos elegir 2 rutas básicas, la forma tradicional
y la forma abreviada. en la forma tradicional balanceamos la semi reacciones
como introducimos en la subsección “Balance de masa y carga en una
semirreacción” que puede encontrar en el siguiente enlace (Enlace→).
Posteriormente, igual a la cantidad de electrones que es calcularon para las dos
mi reacción es empleando la técnica del común múltiplo:
👉 Si la cantidad de electrones es igual, las semi
reacciones se fusionan ignorando la cantidad de electrones.
👉 Si tenemos un múltiplo de otro como 6 en oxidación y 3 en reducción, entonces
multiplicamos toda la línea de la semi reacción de reducción por 2 para que
obtengamos los 2 electrones, luego fusionamos ambas ecuaciones ignorando los
electrones.
👉 Si tenemos un par y un impar diferente de 1
que no sean múltiplos entre si, los multiplicamos, por ejemplo 2 en oxidación y
3 en reducción, entonces multiplicamos toda la oxidación por 3 y toda la
reducción por 2, con lo que obtendremos 6 electrones en ambas. Luego fusionamos
ambas ecuaciones ignorando los electrones.
Esa técnica
es la aconsejada por los libros de texto modernos por la simple razón de que
ayuda a modelar el diseño experimental de una celda galvánica donde ambas semi
reacciones están físicamente separadas unas de otras. Sin embargo, es
problemática si lo único que queremos es balancear la ecuación química completa.
Aun así,
dado que es la técnica aconsejada por los libros de texto, encontrará que la
mayoría de mis primeros ejemplos se fundamentan bajo ese algoritmo, pero no es
la única opción posible.
La segunda
forma de balancear por ion electrón es balancear ambas semi reacciones ignorando los átomos que no cambiaron de estado de
oxidación. Luego calcular la cantidad de electrones en ambas en
reacciones e igualar el flujo de electrones. Posteriormente fusionamos ambas
reacciones, y finalmente cuando las dos semi reacciones están fusionadas y
conocemos los números estequiométricos de varias especies químicas involucradas,
si podemos hacer el balanceo de átomos agregando protones y grupos hidroxilo con
las mismas reglas que habíamos aplicado para las semi reacciones.
Esa segunda
ruta es más rápida, porque al conocer los números estequiométricos a través de
El balance de carga, nos permite identificar la cantidad de oxígeno e hidrógeno
más fácilmente y sobre todo más rápido.
Para
finalizar volveremos a denunciar las reglas del balance de átomos para los
medios posibles en los cuales se realiza el balanceo de ion electrón, después
de que hemos unificado la ecuación química.
Ecuaciones indiferentes
Esta reacciones
logran un balance perfecto y completo sin la necesidad de agregar iones o de
producir o agregar aguas de manera arbitraria. Lo anterior provoca que cuando
se unifican las semi reacciones la ecuación química completa va a quedar en
balance sin tener en cuenta el medio en el cual se lleva a cabo, en otras palabras,
la ecuación se llevará a cabo sin mayores problemas ya sea en medio ácido o en
medio básico con el mismo tipo de ecuación química.
Medio ácido
Las
condiciones ácidas generalmente implican una solución con un exceso de
concentración de H+, lo que hace que la solución sea ácida.
En mi
experiencia personal me he encontrado que el balanceo en medio ácido es mucho
más sencillo que el balanceo en medio básico, puedes agregar protones H+
y determinar el balance es mucho más sencillo que agregar grupos hidróxido OH−
y determinar el balance únicamente, por el hecho de que los iones hidróxido
poseen dos átomos de dos elementos diferentes y eso complica la racionalización
del proceso.
Por lo
anterior, si sufre un atasco al balancear en medio básico lo más conveniente es
invertir la ecuación la semi reacción y balancearla por medio ácido y después
hacer la conversión básico → ácido.
Medio básico
Las bases
se disuelven en iones OH− en solución; por lo tanto, equilibrar las
reacciones redox en condiciones básicas requiere OH−. O al menos eso es lo que
dice la teoría, pero nos podemos encontrar ante el desdichado hecho de que el
balanceo en medio ácido puede derivarse a su vez en 2 situaciones diferentes:
👉 cuando el balanceo por medio básico implica
sumar hidróxidos qué es lo teórico y lo que usted esperaría en todos los casos.
👉 cuando balancear por medio básico implica sumar
aguas en los reactivos y producir iones hidróxido en los productos.
Esta
variabilidad en las situaciones de balanceo en medio básico sumado al hecho de
que balancear el grupo hidróxido es más difícil que balancear un protón conlleva
a que el balance por medio básico sea más complejo. mi Consejo es siempre
intentar balancear primero por medio ácido, y posteriormente realizar la
conversión básico → ácido.
Si no se puede
balancear por medio ácido implica que debemos balancear sumando grupos
hidroxilo en los reactivos, pues de lo contrario obtendremos una indefinición
en la cantidad de oxígenos, y esa es la manera en la que la propia ecuación
química nos dirá que no se puede balancear en medio ácido.
Conversión ácido básico
Para
convertir una ecuación química completa o una semi reacción en medio básico lo
que debemos hacer es ubicar los protones del medio ácido y sumar la misma cantidad,
pero de iones hidróxido a ambos lados de la ecuación, los iones hidróxido que
sumamos en los reactivos se fusionan con los protones reactivos para generar
aguas. Normalmente algunas de esas aguas reactivas se van a cancelar con las
aguas producto que teníamos originalmente en el balance o por medio ácido.
Ten en
cuenta que también es posible hacer la conversión básico → ácido haciendo la
suma opuesta, es decir ubicando la cantidad de iones hidróxido, y sumando una
cantidad igual de protones a ambos lados de la ecuación, esto producirá aguas
de un lado de la ecuación y tendremos que cancelar las cantidades respectivas.
Resumen de la finalización
de balanceo por ion electrón
Medio ácido
👉 identificar los elementos que cambiaron de
Estado de oxidación.
👉 balancear los átomos que cambiaron de Estado de
oxidación.
👉 si la semi reacción contiene oxígenos en
cualquier lado, sumaremos aguas en los productos.
👉 asumimos a priori medio ácido y sumamos
protones del lado de los reactivos.
👉 balanceamos oxígenos e hidrógenos.
👉 aplicamos la ecuación 7.4 para calcular la
cantidad de electrones y determinar su posición, recuerde que v(e-)
negativo implica electrones del lado de los reactivos y por lo tanto una
reducción, mientras que v(e-) positivo implica electrones que
van del lado de los productos y por lo tanto una oxidación.
Medio
básico
👉 Procedemos igual que en el medio ácido.
👉 si en efecto logramos balancearla en medio
ácido entonces hacemos la conversión ácido → básico
👉 si no pudimos realizar el balanceo con la
hipótesis ácida, cambiamos los protones por grupos hidróxido y procedemos a
balancear.
👉 si se atasca en el balance, gire la ecuación
química y balance de por medio ácido, una vez logre la respuesta, vuelve a
girar la ecuación química y realice la conversión ácido → básico.
Por
experiencia debo destacar que seguir la segunda ruta en la cual el principio
era semi reacciones las balanceamos sin tomar en cuenta el balance de átomos
que no cambiaron de Estado de oxidación, conlleva a una menor probabilidad de
atascamientos.
Miremos unos cuantos ejemplos.
👉 Enunciados,
Matamala y Gonzalez:
👉 Enunciado Balancear una reacción cuyo
oxidante es MnO4(-)→Mn(+2) y reductor es Cl(-) →Cl2 por
el método de ion electrónz
👉 Enunciado Balancear Cr2O7(-2) + Fe(+2) → Cr(+3) +
Fe(+3) por el método de ion electrón
👉 Enunciado Balancear SO4(-2) + S → 2 SO2 por el método
de ion electrón
👉 Enunciado Balancear Cr(+3) + ClO3(-) → CrO4(-2) + Cl(-)
por el método de ion electrón
👉 Enunciados,
química de Chang décima edición:
(Ejemplo-19.1) Escriba una ecuación iónica
balanceada para representar la oxidación del ion yoduro (I-) por el
ion permanganato (MnO4-) en solución básica para producir yodo
molecular (I2) y óxido de manganeso (IV) (MnO2).
(Practica-19.1)
Balancee la siguiente ecuación para la reacción en un medio ácido
por el método ion-electrón: Fe(2+) + MnO4(-) → Fe(3+) + Mn(2-)
(Problema-19.1a)
Balancee la siguiente ecuación redox por el método de ion-electrón:
H2O2 + Fe(2+) → Fe(3+) + H2O (en medio ácido)
(Problema-19.1b) Balancee la siguiente ecuación redox por el método
de ion-electrón: Cu + HNO3 → Cu(2+) + NO + H2O
en 𝐦𝐞𝐝𝐢𝐨
ácido, y determine que elemento se oxida y
que elemento de reduce.
(Problema-19.1c) Balancee la siguiente ecuación redox por el método
de ion-electrón: CN(-) +
MnO4(2-) → CON(-)
+
MnO2 en 𝐦𝐞𝐝𝐢𝐨
básico, y determine que elemento se oxida
y que elemento de reduce.
(Chang10-problema-19.2a) Balancee
la siguiente ecuación redox por el método de ion-electrón: Mn(2+)
+ H2O2 →MnO2 +H2O en 𝐦𝐞𝐝𝐢𝐨
𝐛á𝐬𝐢𝐜𝐨,
y determine que elemento se oxida y que elemento de reduce.
(Chang10-problema-19.2b)
Balancee la siguiente
ecuación redox por el método de ion-electrón: Bi(OH)3 + SnO2(2-) → SnO3(2-) + Bi en 𝐦𝐞𝐝𝐢𝐨 𝐛á𝐬𝐢𝐜𝐨,
y determine que elemento se oxida y que elemento de reduce.
(Chang10-problema-19.2c) Balancee
la siguiente ecuación redox por el método de ion-electrón: Cr2O7(2-)
+ C2O4(2-) → Cr(3+) + CO2 en 𝐦𝐞𝐝𝐢𝐨
ácido,
y determine que elemento se oxida y que elemento de reduce.
(Chang10-problema-19.2d) Balancee
la siguiente ecuación redox por el método de ion-electrón: ClO3(-)
+ Cl(-) → Cl2 + ClO2 en 𝐦𝐞𝐝𝐢𝐨
ácido,
y determine que elemento se oxida y que elemento de reduce.
👉 Enunciados, Química la Ciencia Central 13:
(Ecuación-20.6) Balancee
la siguiente ecuación química por el método de ion electrón MnO4(-)
+ C2O4(2-) → Mn(2+) + CO2 en medio ácido
(Muestra-20.2) Balancee
la siguiente ecuación química por el método de ion electrón Cr2O7(2-) + Cl(-) →
Cr(3+) + Cl2 en medio ácido
(Práctica-20.2.1) Si completa y balancea la siguiente ecuación
en solución ácida Mn(2+) + NaBiO3 → Bi(3+) + MnO4(-) +
Na(+) ¿cuántas
moléculas de agua hay en la ecuación balanceada (para la reacción balanceada
con los coeficientes de números enteros más pequeños )? (a) Cuatro en el lado
del reactivo, (b) Tres en el lado del producto, (c) Uno en el lado del
reactivo, (d) Siete en el lado del producto, (e) Dos en el lado del producto.
(Práctica-20.2.2) Complete
y balancee la siguiente ecuación en solución ácida usando el método de
semirreacciones. Cu + NO3(-)
→
Cu(2+) + NO2
(Muestra-20.3) Balancee
la siguiente ecuación química por el método de ion electrón CN(-) + MnO4(-) → CNO(-) + MnO2 en
medio básico
(Práctica-20.3.1) Si completa y equilibra la siguiente reacción
de oxidación-reducción en solución básica NO2(-)
+ Al → NH3 + Al(OH)4(-),
¿cuántos
iones de hidróxido hay en la ecuación balanceada (para la reacción balanceada
con los coeficientes de números enteros más pequeños)? (a) Uno en el lado del
reactivo, (b) Uno en el lado del producto, (c) Cuatro en el lado del reactivo,
(d) Siete en el lado del producto, (e) Ninguno.
(Práctica-20.3.2) Complete
y balancee la siguiente reacción de oxidación-reducción en solución básica: Cr(OH) + ClO(-) → CrO4(2-) + Cl2
(Problema-20.25b) Complete
y balancee la siguiente ecuación en solución ácida usando el método de
semirreacciones e identifique que elemento se está oxidando y que elemento se
está reduciendo: MnO4(-) +
CH3OH → Mn(2+) + HCO2H
(Problema-20.25c) Complete
y balancee la siguiente ecuación en solución ácida usando el método de
semirreacciones e identifique que elemento se está oxidando y que elemento se
está reduciendo: I2 + OCl(-)
→IO3(-) + Cl(-)
(Problema-20.25d) Complete
y balancee la siguiente ecuación en solución ácida usando el método de
semirreacciones e identifique que elemento se está oxidando y que elemento se
está reduciendo: As2O3
+ NO3(-) → H3AsO4 + N2O3
(Problema-20.25f) Complete
y balancee la siguiente ecuación en solución básica usando el método de
semirreacciones e identifique que elemento se está oxidando y que elemento se
está reduciendo: Pb(OH)4(2-)
+ ClO(-) → PbO2 + Cl(-)
(Problema-20.26b Redox) Complete
y balancee la siguiente ecuación en solución ácida usando el método de
semirreacciones e identifique que elemento se está oxidando y que elemento se
está reduciendo: S + HNO3 → H2SO3 + N2O
(Problema-20.26c) Complete
y balancee la siguiente ecuación en solución ácida usando el método de
semirreacciones e identifique que elemento se está oxidando y que elemento se
está reduciendo: Cr2O7(2-)
+ CH3OH → HCO2H + Cr(3+)
(Problema-20.26d) Complete
y balancee la siguiente ecuación en solución ácida usando el método de
semirreacciones e identifique que elemento se está oxidando y que elemento se
está reduciendo: BrO3(-) +
N2H4 → Br(-) + N2
(Problema-20.26e) Complete
y balancee la siguiente ecuación en solución básica usando el método de
semirreacciones e identifique que elemento se está oxidando y que elemento se
está reduciendo: NO2(-) +
Al → NH4(+) + AlO2(-)
(Problema-20.26f) Complete
y balancee la siguiente ecuación en solución básica usando el método de
semirreacciones e identifique que elemento se está oxidando y que elemento se
está reduciendo: H2O2
+ ClO2 → ClO2(-) + O2
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