MÉTODO DE TANTEO Y DE ÓXIDO-REDUCCIÓN
De acuerdo con la ley de la conservación de la materia, la cantidad de átomos de cada elemento debe ser igual antes y después de una reacción; para que esto se cumpla, como los subídices de una fórmula no se pueden cambiar porque cambiarían las sustancias, se anteponen números enteros sencillos conocidos como coeficientes, para lograr que el número de átomos sea el mismo en ambos lados de la ecuación. Este proceso se conoce con el nombre de ajuste o balance de la ecuación.
Las ecuaciones químicas representan la cantidad de átomos, de moléculas o de masa de los reactivos y de los productos presentes en una reacción; por ejemplo, en la ecuación:
Decimos que reacciona un mol de óxido de calcio (CaO) con un mol de agua para producir un mol de hidróxido de calcio (Ca(OH)2); expresado de otra forma, decimos que reaccionan 56 g de óxido de calcio con 18 g de agua para producir 74 g de hidróxido de calcio, cumpliéndose así la ley de la conservación de la materia.
Existen varios métodos para balancear y ajustar un aecuación química: tanteo, óxido-reducción, ion-electrón.
Para balancear una ecuación química, independiente del método que se elija, debemos tener en cuenta lo siguiente:
Conocer las fórmulas de los reactantes y los productos.
Recordar que los números pequeños que acompañan los símbolos de los elementos se conocen como subíndices y sólo afectan al elemento que están acompañando.
Tener presente que los coeficientes pueden modificarse y que éstos nos indican el número de moles presentes en la ecuación; además, que afectan a todos los elementos del compuesto, incluyendo el subíndice.
Para balancear los elementos químicos que participan en una ecuación química, debemos hacerlo en el siguiente orden: primero, los metales; luego, los no metales; después, el hidrógeno y, por último, el oxígeno.
Método del tanteo
También es conocido como ensayo y error o simple inspección. En este método, se colocan coeficientes a lado y lado de la ecuación hasta que ésta queda balanceada. Sirve para balancear ecuaciones sencillas. Cuando el coeficiente es igual a 1 no se escribe en la ecuación.
Apliquemos este método para balancear la ecuación que representa la reacción de obtención del ácido fosfórico:
El fósforo de la izquierda aparece con dos átomos y el de la derecha, con uno; luego, debemos buscar un número que nos sirva como coeficiente en el ácido fosfórico para que nos queden los fósforos completos; este número es 2.
Ahora, balanceamos los átomos de hidrógeno; pues en los reactivos hay dos átomos y en los productos hay seis átomos. Buscamos un número que multiplicado por el subíndice del hidrógeno, en los reactivos, nos dé 6; ese número es 3.
Ahora procedemos a balancear los átomos de oxígeno, vemos que la ecuación está ajustada, ya que, tanto en los reactivos como en los productos, quedaron ocho átomos de oxígeno. Los que nos indica que, para formar dos moles de ácido fosfórico, se requiere de una mol de óxido de fósforo (V) y tres moles de agua.
Método óxido-reducción
El método de óxido-reducción es conocido como el método del número de oxidación o redox; no sólo tiene en cuenta el número de átomos, como en el método anterior, sino también la conservación de los electrones.
En estas reacciones, son importantes los procesos de oxidación, o sea, la pérdida de electrones debida al aumento del número de oxidación y la reducción, es decir, la ganancia de electrones por la disminución del número de oxidación.
En la práctica, se sabe que hubo pérdida y ganancia de electrones, porque el número de oxidación de, por lo menos, dos de los elementos que reaccionan son diferentes como reactantes y como productos: por ejemplo:
El estado de oxidación del hierro como reactante es de +3 y como productos es de 0, debido a que se encuentra sin combinar, o sea que el hierro se redujo porque disminuyó su estado de oxidación, lo que indica que cada átomo de hierro gana tres electrones; mientras que el carbono como reactante tenía un estado de oxidación de +2 y como producto, de +4; es decir, que aumentó en su número de oxidación, lo cual significa que se oxidó, es decir, que cada átomo de carbono pierde dos electrones.
En la reacción anterior, el carbono (en el monóxido de carbono) le suministra electrones al hierro para que éste se reduzca; por lo tanto, el CO se denomina agente reductor. El hierro (en el óxido férrico), que es el elemento que recibe los electrones, se conoce con el nombre de agente oxidante porque es la sustancia que provoca la oxidación. Podemos concluir, diciendo:
En una ecuación de óxido-reducción, puede existir más de un elemento que se oxide o más de un elemento que se reduzca. Para determinar con exactitud el número de oxidación de un elemento en un compuesto, aplicamos las siguientes reglas:
1. Planteamos la ecuación:
2. Asignamos el número de oxidación de cada elemento y lo colocamos encima de su símbolo:
A la vez que se comprueba que la molécula o átomo sea neutro; es decir, igual número de cargas positivas (cationes) y negativas (aniones).
3. Buscamos los elementos que cambiaron su número de oxidación;
El azufre pasa de -2 a 0, aumentando su número de oxidación; pierde dos electrones, es decir, se oxida. Mientras que el nitrógeno pasa de +5 a +2, disminuyendo su estado de oxidación, o sea, se reduce.
4. El número de electrones ganados (tres) debe ser igual al número de electrones perdidos (dos); ésta es la base del balanceo en una reacción de óxido-reducción. La forma más fácil de lograr esto es conseguir en colocar como coeficiente el número de electrones ganados a la sustancia que los perdió, y viceversa. También se logra multiplicando el número de electrones por factores adecuados para que el número total de electrones ganados sea igual al número de electrones cedidos.
5. El total de electrones ganados es 6 y el total de electrones perdidos es 6. estos números no sólo nos permiten igualar los electrones, sino que nos sirven como coeficientes en aquellas sustancias que cambiaron su estado de oxidación, así:
6. Tratamos de no cambiar los coeficientes asignados y, con base en ellos, balanceamos por tanteo las demás sustancias:
Observa que el agua (4 moles) fue balanceada por tanteo.
7. Una vez asignados todos los coeficientes, observamos si se pueden simplificar; esto es importante ya que las ecuaciones deben tener los coeficientes más pequeños posibles. Igualmente, con todos los coeficientes obtenidos, se comprueba que el número de átomos que hay en los reactantes es el mismo que hay en los productos.
PREGUNTA: En la siguiente ecuación balanceada, indica cuál elemento se redujo, cuál se oxidó y cuál sustancia es el agente reductor.