reacciones de oxidación – reducción

Historia de la Oxidación – Reducción
Grupo Lentiscal
REACCIONES DE OXIDACIÓN – REDUCCIÓN
Científicos más destacados
El descubrimiento por el físico italiano Alessandro Volta de la primera pila eléctrica va a provocar una gran
conmoción en el campo de la química. La comunicación hecha ante la Royal Society de Londres data del 20
de marzo de 1800. Los generadores electroquímicos derivados de la pila de Volta van a permitir disponer
de corriente continua, y serán las bases de prodigiosos avances en el electromagnetismo y la
electroquímica.
En 1786, el profesor de Anatomía de la Universidad de Bolonia, Luigi Galvani, se dio cuenta de que los músculos de las
ancas de rana presentaban espasmos frente a una descarga eléctrica y que se contraían y relajaban en contacto con dos
metales distintos. Galvani supuso, erróneamente, que estas contracciones de los músculos de las ancas de la rana, al
contacto con una pieza bimetálica de cobre y cinc, eran provocadas por el tejido muscular.
Michel Faraday (1791- 1867) fue uno de los grandes científicos experimentales del siglo XIX. Las
investigaciones de Faraday sobre el paso de la electricidad a través de las disoluciones le llevaron en
1830 a las leyes de Faraday sobre la electrolisis, investigando la relación existente entre la cantidad
de electricidad que atraviesa una disolución y la cantidad de sustancia transformada. Dichas
investigaciones de Faraday fueron la base remota de las primeras reflexiones sobre la existencia de
una unidad elemental de carga como constituyente universal de toda la materia y de una posible
estructura del átomo, puesto que mostraban la relación entre éste y la electricidad.
El concepto de ion introducido por Faraday, según el cual un átomo de un elemento dado se asocia a
cierta carga eléctrica, siempre la misma, es el primer indicio experimental de la naturaleza
discontinua de la electricidad. Se vislumbra ya aquí la primera partícula subatómica el electrón
como carga elemental universal de toda la materia, aunque su conocimiento efectivo tuvo que esperar hasta principios del
siglo XX. Realizo grandes aportaciones al electromagnetismo. Descubrió la inducción electromagnética.
Humphry Davy (1778-1829), célebre
químico británico, conocido especialmente
por sus experimentos en electroquímica, por
el descubrimiento y obtención de numerosos
elementos químicos por electrolisis y por su
invento de la lámpara de seguridad en la
minas.
Fabricó la mayor batería construida hasta
entonces, con 250 células y pasó una
corriente eléctrica potente a través de
soluciones de varios compuestos, descubrió
y preparo los siguientes elementos nuevos:
sodio, potasio, calcio, magnesio, estroncio,
bario y boro. Sus experimentos con los
ácidos indicaron que es el hidrógeno, y no el
oxígeno, el que produce las características
de los ácidos. Davy también realizó
descubrimientos notables sobre el calor. En
1813 tomo como ayudante a Michael
Faraday, su mayor descubrimiento, según
reconoció el mismo. Presidente de la Royal
Society de 1920 a 1927.
Alesandro Volta (1745-1827)
John Frederic Daniell
En 1793, demostró que la
(1790-1845)
corriente eléctrica que aparecía al
Miembro de la Royal
contacto de dos metales distintos
Society
desde
los
con el músculo tenía su origen en veintitrés años. Invento el
las piezas de metal y no en el higrómetro en 1820 para
tejido animal. Volta fue el primero medir la humedad.
en construir, en 1800, un Contribuyo al desarrollo de
generador de corriente continua, la electroquímica, mejoró
la pila de Volta. Consistía en un la batería de Volta que
conjunto de discos apilados de disminuía de intensidad
cinc y plata, separados por trozos rápidamente.
Consiguió
de cartón empapados con agua una batería de vida más
salada. Este invento resulto de larga, que se denomina
una enorme trascendencia técnica Pila de Daniell, de cobre y
y científica. La pila de Volta
cinc. La pila de Daniell fue
producía por primera vez un flujo
la primera fuente segura
continuo de carga eléctrica a de corriente eléctrica.
través de un conductor, lo que
permitió el inicio del camino para
el aprovechamiento de la energía
eléctrica.”
GUÍA DE LECTURA
1. Lee el siguiente documento biográfico y realiza un esquema que recoja las ideas fundamentales del
mismo.
2. Después de leer el documento biográfico elige uno de los científicos que aparecen, busca la
información necesaria y completa sus aspectos biográficos utilizando la ficha y los documentos de
apoyo entregados por el profesorado
1
Historia de la Oxidación – Reducción
Grupo Lentiscal
COMENTARIO DE TEXTO
“En 1786, el profesor de Anatomía de la Universidad de Bolonia, Luigi Galvani, se dio cuenta
de que los músculos de las ancas de rana presentaban espasmos frente a una descarga eléctrica y
que se contraían y relajaban en contacto con dos metales distintos.
Galvani supuso, erróneamente, que estas contracciones de los músculos de las ancas de la rana,
al contacto con una pieza bimetálica de cobre y cinc, eran provocadas por el tejido muscular. En
1793, Alesandro Volta demostró que la corriente eléctrica que aparecía al contacto de dos metales distintos con
el músculo tenía su origen en las piezas de metal y no en el tejido animal. Volta fue el primero en
construir, en 1800, un generador de corriente continua, la pila de Volta. Consistía en un conjunto
de discos apilados de cinc y plata, separados por trozos de cartón empapados con agua salada.
Este invento resulto de una enorme trascendencia técnica y científica. La pila de Volta producía
por primera vez un flujo continuo de carga eléctrica a través de un conductor, lo que permitió el
inicio del camino para el aprovechamiento de la energía eléctrica.”
Pocos descubrimientos suscitaron un interés tan general como la pila de
Volta, y tal vez ninguno conoció un éxito tan rápido. El afortunado
inventor recibió todos sus honores debidos a su genio. Napoleón,
entonces primer cónsul de Francia, lo invitó a París; una medalla de oro
fue estampada para agasajar a tan ilustre visitante. L´Academie de
París y la Royal Society de Londres lo nombran miembro. Más
adelante en 1811 se inmortalizaron sus méritos eligiendo el nombre
del físico de Pavia para designar la unidad del Potencial eléctrico y de la fuerza electromotriz:
el “voltio”, en su honor.
GUÍA DE LECTURA:
1. Lee detenidamente el texto y realiza un resumen del mismo.
2. Señala del mismo la idea principal.
3. Pon un título adecuado al mismo, que destaque su contenido.
4. Señala que observo Galvani y cómo lo explico.
5. Cómo explico Volta la observación de Galvani.
6. ¿Quién crees que tenía razón? ¿Por qué?
7. Busca información y realiza un resumen biográfico de Luigi Galvani y de Alesandro Volta,
señalando sus principales aportaciones a la Ciencia.
8. Explica porqué a las pilas se les denomina células galvánicas.
9. Señala algunas aplicaciones de sus investigaciones y las principales implicaciones sociales de
las mismas.
10. Explica en que consiste una pila y como funciona. ¡Qué papel juegan en la pila las rodajas de
papel impregnados de solución de sal?
11. ¿Por qué cuanto mayor número de elementos (pisos) posea la pila es más efectiva.
12. Realiza un informe de cómo se desarrollaron las investigaciones sobre la producción de
electricidad desde la época de Volta hasta la actualidad, señalando los principales científicos y
sus aportaciones más relevantes sobre este tema.
2
Historia de la Oxidación – Reducción
Grupo Lentiscal
COMENTARIO DE TEXTO
“ Michel Faraday (1791- 1867) fue uno de los grandes científicos experimentales
del siglo XIX. Fue hijo de un herrero y aprendiz de librero y de encuadernador
hasta los dieciocho años. Asistió a las magistrales conferencias que Davy daba en
la Royal Institutión, convirtiéndose más tarde en discípulo de Humphry Davy,
quién a pesar de sus enorme contribución a la ciencia, señalo al termino de su
brillante carrera: “Mi mayor descubrimiento ha sido Michel Faraday” Las
investigaciones de Faraday sobre el paso de la electricidad a través de las
disoluciones le llevaron en 1830 a las leyes de Faraday sobre la electrolisis,
investigando la relación existente entre la cantidad de electricidad que atraviesa una disolución y la
cantidad de sustancia transformada. Dichas investigaciones de Faraday fueron la base remota de las
primeras reflexiones sobre la existencia de una unidad elemental de carga como constituyente universal
de toda la materia y de una posible estructura del átomo, puesto que mostraban la relación entre éste y
la electricidad. Con lo que se comprobaba que el átomo no era indivisible, como había pensado Dalton
en 1808. El concepto de ion introducido por Faraday, según el cual un átomo de un elemento dado se
asocia a cierta carga eléctrica, siempre la misma, es el primer indicio experimental de la naturaleza
discontinua de la electricidad. El descubrimiento de la existencia de los iones (átomos con carga) abría
la puerta al descubrimiento poco más tarde del electrón. Se vislumbra ya aquí la primera partícula
subatómica el electrón como carga elemental universal de toda la materia, aunque su conocimiento
efectivo tuvo que esperar hasta principios del siglo XX, su nombre fue dado por Johnston Stoney que
propuso en 1891 una unidad de carga eléctrica, siendo descubierto en 1897 por J.J Thomson, mediante
sus investigaciones sobre las desviaciones experimentadas por los rayos catódicos en los campos
eléctricos y magnéticos. En 1831 Faraday descubre la inducción electromagnética, lo que tienen una
gran influencia más adelante en la producción de electricidad”
GUÍA DE LECTURA:
1. Lee detenidamente el texto y realiza un resumen del mismo.
2. Señala del mismo la idea principal.
3. Pon un título adecuado al mismo, que destaque su contenido.
4. Explica en qué consiste la electrolisis.
5. Señala los resultados que obtuvo Faraday en sus investigaciones sobre la electrolisis y cómo
los explico.
6. Explica las leyes de Faraday sobre la electrolisis.
7. Busca información y realiza un resumen biográfico de Michel Faraday, señalando sus
principales aportaciones a la Ciencia y sus descubrimientos científicos más importantes.
8. Señala algunas aplicaciones de sus investigaciones y las principales implicaciones sociales de
las mismas.
9. Explica en que consiste una célula electrolítica y como funciona.
10. Realiza un informe de cómo se desarrollaron las investigaciones sobre las aplicaciones de la
electricidad desde la época de Faraday hasta la actualidad, señalando los principales científicos
y las aportaciones más relevantes sobre este tema.
3
Historia de la Oxidación – Reducción
Grupo Lentiscal
COMENTARIO DE TEXTO
EL PRIMER EXPERIMENTO ELÉCTRICO DE FARADAY.
“Querido Abbott.
He hecho últimamente unos pocos experimentos galvánicos sencillos, solamente para aclararme en los
primeros principios de la ciencia. Fui a Knight para conseguir níquel y pensé que tendrían cinc maleable. Me
enteré y compré algo. Lo obtuve con el propósito de formar discos y, junto con cobre, hacer una pequeña
batería; ¡la primera que yo completé contenía el inmenso número de siete pares de platos! ¡Y del tamaño
inmenso de medio penique cada uno! Yo, señor, los cubrí con siete monedas de medio penique e intercalé entre
ellas siete, o más bien seis, trozos de papel mojados en una solución de muriato de sosa (cloruro sódico).
Pero no se ría más, querido Abbott; más bien, sorpréndase del efecto producido por este trivial aparato, pues
fue suficiente para descomponer el sulfato de magnesio; un efecto que me sorprendió enormemente, porque yo
no podía imaginar que este agente fuera capaz de tal resultado. Entonces se me ocurrió una idea puse en
contacto la parte inferior y superior de la pila y la solución, mediante alambres de cobre. (...).De que se había
producido un fenómeno galvánico estaba seguro, porque ambos alambres se cubrieron al poco tiempo de
burbujas de algún gas que corría por la disolución. Mi prueba de que el sulfato se descompuso fue que, en unas
dos horas, la solución clara se puso turbia: el magnesio se había suspendido en ella”
(Carta de Faraday a su amigo Benjamin Abbott, 12 de julio de 1812)
GUÍA DE ACTIVIDADES:
1. Explica a qué tipo de experimentos galvánicos sencillos, se refiere Faraday en el
texto.
2. ¿Qué quiere decir Faraday con aclarase en los primeros principios científicos?
3. Haz montado alguna vez un sencillo circuito eléctrico con pila, cable y bombilla.
Diséñalo mediante un dibujo y realízalo.
4. Haz montado alguna vez una cuba electrolítica (circuito con pila, cable, barras de
grafito y vaso con disolución de electrolito. Diséñala y realiza la experiencia. ¿Qué
ocurrirá en las barras de grafito. ¿Compruébalo?
5. En el texto habla Faraday de los efectos producidos por el trivial aparato. ¿A qué
aparato se refiere y a que efectos? ¿cómo lo construyo?
6. Explica como realiza Faraday la electrolisis.¿Qué electrolito usa? ¿Qué
electrodos? ¿Qué fenómenos observa en cada uno de los electrodos? ¿Cuál es la
causa de la turbidez de la solución? ¿Cuál es el gas que se desprende? ¿De que
electrodo se desprende el gas?
7. ¿Cómo se desplaza la corriente eléctrica a través de la disolución? ¿En que se
basa Faraday para pensar qué el sulfato se había descompuesto?
4
Historia de la Oxidación – Reducción
Grupo Lentiscal
MICHAEL FARADAY (1791-1867)
Está considerado como uno de los científicos experimentales más importantes del
siglo XIX. Cuando entró de aprendiz de encuadernador sólo había cursado los estudios
de primaria. Se educó de forma autodidacta. Su carrera científica comenzó cuando
consiguió una plaza de ayudante de Humphy Davy. Ambos científicos
emprendieron un viaje por Europa, que contribuyó a ampliar la formación
científica de Faraday y le brindó la oportunidad de conocer a científicos famosos.
Durante su colaboración con Davy, Faraday publicó diversos trabajos, entre los que
se incluyen estudios de condensación de gases (dióxido de carbono, cloro,
sulfuro de hidrógeno) y el aislamiento de algunas sustancias orgánicas, como el benceno. Parece
ser que el prestigio de Faraday produjo unas relaciones tensas entre él y su maestro, oponiéndose
éste al nombramiento de Faraday como miembro de la Royal Society. Desarrolló las leyes de la
electrólisis. Demostró que la cantidad de sustancia depositada en los electrodos era
directamente proporcional a la cantidad de electricidad que pasaba por una cuba electrolítica.
Estudió la obtención de metales como plomo, estaño y cinc por electrólisis. La carga de un mol de
electrones (96485 C/mol) se denomina, en su honor, constante de Faraday. Las contribuciones de
Faraday a la física fueron todavía más importantes. Proporcionó la base experimental y las ideas
básicas de la teoría del electromagnetismo.
GUÍA DE LECTURA:
1. Elabora un informe biográfico de Faraday, una cronología, en el que se destaque su
personalidad, sus principales aportaciones a la ciencia. La relación que mantuvo con sus
contemporáneos. Las aplicaciones de sus investigaciones y las principales implicaciones
sociales de las aportaciones de sus investigaciones.
COMENTARIO DE TEXTO
“UN POCO DE HISTORIA DEL PROCESO HALL
Probablemente, el proceso electrolítico más importante para la obtención de un metal es el de la producción
de aluminio. Este proceso se desarrolló por Charles Hall en 1866 cuando tenía 22 años. En esa época, el
precio del aluminio era más caro que el de la plata o el oro. Se decía que la gente rica hacía ostentación de
su fortuna utilizando cubiertos de aluminio. El problema más grave que tuvo que resolver Hall fue
electrolizar el Al2O3, a una temperatura inferior a su punto de fusión de 2000°C. Después de varios
intentos encontró una sustancia que disolvía el Al2O3 a temperaturas razonables, esta sustancia era la
criolita (Na3AIF6). Pasando corriente eléctrica a través de esta mezcla fundida sería posible obtener
aluminio. La mezcla Al2O3 y criolita fundida la colocó en una sartén de hierro y la corriente eléctrica la
obtenía de baterías que había fabricado con botes para conservar fruta. Este mismo proceso fue descubierto de forma independiente por el francés Paul Héroult en 1886 de la misma edad que Hall. Una vez
que se empezó a usar el proceso a nivel industrial, el precio del aluminio descendió rápidamente. El
aluminio metálico se usa en gran escala en las industrias de la construcción, llegando a ser un metal
común y familiar.
GUÍA DE LECTURA:
A.1 Señala algunas aplicaciones del aluminio. ¿Por qué razones su precio era tan elevado
antes de conocerse el proceso Hall?
A.2 ¿Por qué se debe añadir criolita en la electrólisis del óxido de aluminio?
5