Semirreacción

En química, una semirreacción (o reacció de semicelda) és el component de reacció d'oxidació o de reducció d'una reacció redox.^[1] Una semirreacción s'obté considerant el canvi en els estats d'oxidació de les substàncies individuals implicades en la reacció redox. A sovint, el concepte de semirreaccions s'utilisa per a descriure lo que ocorre en una cèlula electroquímica, com una pila de cèlula galvànica. Les miges reaccions poden escriure's per a descriure tant el metal que es oxida (cridat ànodo) com el metal que es reduïx (cridat càtodo).

Les semirreaccions s'utilisen a sovint com a método per a equilibrar les reaccions redox.^[2] Per a les reaccions d'oxidació-reducció en condicions àcides, despuix d'equilibrar els àtoms i els número, serà necessari afegir ions H⁺ per a equilibrar els ions d'hidrogen en la semirreacción. Per a les reaccions d'oxidació-reducció en condicions bàsiques, despuix d'equilibrar els àtoms i els número, primer cal tractar-la com una solució àcida i després afegir ions OH^- per a equilibrar els ions H⁺ en les miges reaccions (lo que donaria H₂O).

Eixemple: Cèlula galvànica de Zn i Cu

Erro al crear miniatura:

Cèlula galvànica

Considera la cèlula galvànica que es mostra en l'image adjacent: està construïda en una peça de zinc (Zn) sumergida en una solució de sulfat de zinc (ZnSO₄) i una peça de coure (Cu) sumergida en una solució de sulfat de coure(II) (CuSO₄). La reacció global és

$Z n_{(s)} + C u S O_{4}_{(a q)} ⟶ Z n S O_{4}_{(a q)} + C u_{(s)}$

En l'ànodo de Zn es produïx l'oxidació (el metal pert electrons). Açò es representa en la següent semirreacción d'oxidació (note's que els electrons estan en el costat dels productes):

$Z n_{(s)} ⟶ Z n^{2 +} + 2 e^{-}$

En el càtodo de Cu té lloc la reducció (s'accepten electrons). Açò es representa en la següent semirreacción de reducció (note's que els electrons estan en el costat dels reactants):

$C u^{2 +} + 2 e^{-} ⟶ C u_{(s)}$

Método d'equilibri de semirreaccions

Considere la següent reacció:

$C l_{2} + 2 F e^{2 +} ⟶ 2 C l^{-} + 2 F e^{3 +}$

Els dos elements implicats, el ferro i el clor, canvien d'estat d'oxidació: el ferro de +2 a +3 i el clor de 0 a -1. Per tant, es produïxen dos semirreaccions. Estos canvis poden representar-se en fòrmules insertant els electrons apropiats en cada mija reacció:

$\begin{matrix} F e^{2 +} ⟶ F e^{3 +} + e^{-} \\ C l_{2} + 2 e^{-} ⟶ 2 C l^{-} \end{matrix}$

Donades dos semirreaccions és possible, en el coneiximent dels potencials d'electrodo apropiats, aplegar a la reacció completa (original) de la mateixa manera. La descomposició d'una reacció en semirreaccions és clau per a comprendre diversos processos químics. Per eixemple, en la reacció anterior, pot demostrar-se que es tracta d'una reacció redox en la que el Fe es oxida i el Cl es reduïx. Observe's la transferència d'electrons del Fe al Cl. La descomposició és també una forma de simplificar l'equilibri d'una equació química. Un químic pot equilibrar els àtoms i les càrregues d'una equació al mateix temps.

Per eixemple:

Fe²⁺ → Fe³⁺ + i^- es convertix en 2Fe²⁺ → 2Fe³⁺ + 2i^-.
s'afig a Cl₂ + 2i^- → 2Cl^-
i finalment es convertix en Plantilla:Chem2

També és possible, i a voltes necessari, considerar una semirreacción en condicions bàsiques o àcides, ya que pot haver un electrolito àcit o bàsic en la reacció redox. Per este electrolito pot ser més difícil satisfer l'equilibri tant dels àtoms com de les càrregues. Açò es fa afegint H₂O, OH^-, i^-, i/o H⁺ a cada costat de la reacció fins que abdós àtoms i càrregues estiguen equilibrats.

Considere la següent semirreacción:

$P b O_{2} ⟶ P b O$

OH^-, H₂O i i^- poden utilisar-se per a equilibrar les càrregues i els àtoms en condicions bàsiques, sempre que se suponga que la reacció es produïx en aigua.

$2 e^{-} + H_{2} O + P b O_{2} ⟶ P b O + 2 O H^{-}$

Considere de nou la semirreacción següent:

$P b O_{2} ⟶ P b O$

H⁺, H₂O i i^- poden utilisar-se per a equilibrar les càrregues i els àtoms en condicions àcides, sempre que se suponga que la reacció es produïx en aigua.

$2 e^{-} + 2 H^{+} + P b O_{2} ⟶ P b O + H_{2} O$

Observa que abdós costats estan equilibrats tant en càrrega com en àtoms.

A sovint hi haurà tant H⁺ com OH^- presents en condicions àcides i bàsiques, pero la reacció resultant dels dos ions produirà aigua, H₂O (com es mostra a continuació):

$H^{+} + O H^{-} ⟶ H_{2} O$

Referències

↑ «Understanding Half-reactions». www2.chem.wisc.edu. Consultat el 2023-10-29.
↑ Society, American Chemical (2005). Química, un proyecte de la A.C.S. (en és), Reverte. ISBN 978-84-291-7001-6.

Este artícul conté una traducció derivada de «Semirreacción» de Wikipedia en castellà publicada baix la Llicència de documentació lliure de GNU i la Llicència Creative Commons Reconeiximent-CompartirIgual 4.0 Internacional.

[1] «Understanding Half-reactions». www2.chem.wisc.edu. Consultat el 2023-10-29.

[2] Society, American Chemical (2005). Química, un proyecte de la A.C.S. (en és), Reverte. ISBN 978-84-291-7001-6.

[1]

[2]