22.1: Oxígeno en reacciones
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La gente se preocupa mucho por sus sonrisas. Con los años, los dientes sí se decoloran algunos, por lo que el procedimiento de blanqueamiento dental se ha vuelto cada vez más popular. Mejor hecho en el consultorio de un odontólogo, se utilizan diversas preparaciones químicas que contienen peróxidos para blanquear los dientes. Menos efectivas, pero más fáciles de usar son las pastas dentales “blanqueadoras dentales” (que también contienen peróxidos) que prometen darle una sonrisa más brillante.
Oxígeno en reacciones
Muchos elementos simplemente se combinan con el oxígeno para formar el óxido de ese elemento. El calentamiento del magnesio en el aire le permite combinarse con el oxígeno del aire para formar óxido de magnesio:
\[2 \ce{Mg} \left( s \right) + \ce{O_2} \left( g \right) \rightarrow 2 \ce{MgO} \left( s \right)\nonumber \]
Los compuestos también pueden reaccionar con el oxígeno, posiblemente creando óxidos de más de un elemento. Cuando se quema metano, se produce dióxido de carbono y agua:
\[\ce{CH_4} \left( g \right) + 2 \ce{O_2} \left( g \right) \rightarrow \ce{CO_2} \left( g \right) + 2 \ce{H_2O} \left( g \right)\nonumber \]
El dióxido de carbono es un óxido de carbono, mientras que el agua es un óxido de hidrógeno. Los primeros científicos vieron la oxidación como un proceso en el que una sustancia reaccionaba con oxígeno para producir uno o más óxidos. En los ejemplos anteriores, el magnesio y el metano se oxidan.
La oxidación también se define como una pérdida de átomos de hidrógeno. En la siguiente ecuación, el etanol se oxida a acetaldehído por la pérdida de dos átomos de hidrógeno:
\[\ce{CH_3CH_2OH} \rightarrow \ce{CH_3CHO} + 2 \ce{H} \: \text{atoms}\nonumber \]
La oxidación no requiere necesariamente calentamiento. El hierro que se expone al aire y al agua se oxida lentamente en un proceso comúnmente conocido como oxidación. Los blanqueadores contienen diversos compuestos como el hipoclorito de sodio\(\left( \ce{NaClO} \right)\), que libera oxígeno que oxida las manchas. El peróxido de hidrógeno\(\left( \ce{H_2O_2} \right)\) libera oxígeno a medida que se descompone espontáneamente. Actúa como lejía y antiséptico que mata las bacterias al oxidarlas.
La reacción química que es lo opuesto a la oxidación se llama reducción. A partir de la noción de que originalmente se pensaba que la oxidación significaba solo la adición de oxígeno, se pensó que la reducción era solo la eliminación de oxígeno de una sustancia. Muchos minerales metálicos naturales están presentes como óxidos. Los metales puros se pueden extraer por reducción. El hierro se obtiene a partir del óxido de hierro (III) al reaccionar con carbono a altas temperaturas:
\[2 \ce{Fe_2O_3} \left( s \right) + 3 \ce{C} \left( s \right) \rightarrow 4 \ce{Fe} \left( s \right) + 3 \ce{CO_2} \left( g \right)\nonumber \]
La eliminación de oxígeno de los\(\ce{Fe_2O_3}\) medios a los que se está reduciendo\(\ce{Fe}\). Tenga en cuenta que un proceso de oxidación está ocurriendo simultáneamente. El reactivo de carbono está siendo oxidado a\(\ce{CO_2}\). Este es un concepto importante. La oxidación y la reducción deben ocurrir juntas. Tampoco puede suceder solo en una reacción.
La reducción también puede considerarse como una ganancia de hidrógeno. El reverso de la reacción de\(\rightarrow\) etanolacetaldehído mostrada anteriormente es una reacción de reducción:
\[\ce{CH_3CHO} + 2 \ce{H} \: \text{atoms} \rightarrow \ce{CH_3CH_2OH}\nonumber \]
Resumen
- La oxidación es un proceso en el que una sustancia reacciona con oxígeno para producir uno o más óxidos; también se define como una pérdida de átomos de hidrógeno.
- La reducción es la eliminación de oxígeno de una sustancia, o la ganancia de átomos de hidrógeno.
- Las reacciones de oxidación y reducción deben ocurrir juntas; tampoco pueden ocurrir solas en una reacción.