Duda reacción REDOX

[cogujada]

Hola buenas, llevo bastantes días con esta duda atormentandome (literalmente). El ejercicio dice así:
Ajuste la reacción de oxidación del Fe metálico con ácido sulfúrico diluido e indique si es favorable desde el punto de vista termodinámico. Posteriormente, ajuste la reacción de oxidación del Fe metálico con ácido sulfúrico concentrado e indique si es favorable desde el punto de vista termodinámico.

Bien, lo que es seguro es que la reacción de Fe con ácido sulfúrico diluido (ya ajustada es la siguiente):

Fe + H₂SO₄ --> FeSO₄ + H₂

Sabiendo que la semirreacción de oxidación es la del Fe --> Fe²⁺ (cuyo potencial nos daría 0.44 cambiado de signo)
Y que la semirreacción de reducción es la del 2H⁺ --> H₂ (cuyo potencial es 0), obtenemos que el potencial total es 0.44 por lo que ΔG sería negativo y por tanto termodinámicamente favorable.
Aquí ya me surgen dudas (estoy en un estado de agobio, estrés, cansancio y nervios que dudo de lo indiscutible). No sé si en este caso utilizar los potenciales de reducción estándar es correcto puesto que me dicen que el ácido es diluido al 20% en masa, entonces no sé.

Por otro lado, cuando me dicen que ajuste la reacción con ácido sulfúrico concentrado, supongo (probablemente esté mal supuesto) que la reacción sería la misma, lo único que cambian serían las concentraciones (y por tanto también los potenciales a través de la ecuación de Nernst), quedando de esta forma:

Fe + H₂SO₄ --> FeSO₄ + H₂

Aquí me surge la segunda duda, no sé si el ajuste es el mismo con ácido concentrado que con ácido diluido, ya que en teoría con ácido concentrado, (cito textualmente) "la oxidación del Fe da lugar a un depósito insoluble de sulfato de hierro (II) anhidro sólido, que se sitúa sobre la superficie del metal pasivándolo, provocando que la reacción se detenga". Esto me hace dudar y no sé si la reacción sería así.

De todas maneras, lo que es seguro es que los potenciales de reducción sí que cambiarán, pero en el problema no me dan la concentración de ácido concentrado (me dicen que la de diluido es "al 20% en masa") entonces no sé cómo aplicar la ecuación de Nernst ni cómo hallar los potenciales de reducción. Tengo un as en la manga, en el ejercicio siguiente me dicen que "en la etiqueta de ácido aparece comercial, 95-97% y densidad 1.84 g/cm³ por lo que podría utilizar ese ácido al 96% y densidad 1.84 como ácido concentrado(a no ser que haya una forma de aplicar la ecuación de Nernst sin saber la concentración de ácido concentrado).
Finalmente, suponiendo que utilizo eso del 96% y densidad 1.84, ¿cambiaría el potencial de reducción de ambos (tanto del Fe como del Hidrógeno no?).

En fin, espero que me podáis ayudar porque la verdad es que no sé qué hacer. Llevo días intentándolo.
Muchas gracias por vuestro tiempo, espero que vosotros y vuestras familias estén bien...
Saludos.

[arivasm]

Como veo que hay pocas contribuciones, voy a hacer una pequeña aportación: la reacción no es la misma cuando está diluido de cuando está concentrado. En el primer caso, como bien has escrito, el agente oxidante es el H+. En el segundo, el propio ácido sulfúrico se reduce a dióxido de azufre. Échale un vistazo a esto: https://en.wikipedia.org/wiki/Sulfur...izing_property

El depósito de sulfato de hierro(II) es porque en el medio tendrás cationes Fe(II) e iones sulfato, procedentes del exceso de ácido. Pero eso no significa que nada del ácido sulfúrico participe en la reacción.

[cogujada]

Como veo que hay pocas contribuciones, voy a hacer una pequeña aportación: la reacción no es la misma cuando está diluido de cuando está concentrado. En el primer caso, como bien has escrito, el agente oxidante es el H+. En el segundo, el propio ácido sulfúrico se reduce a dióxido de azufre. Échale un vistazo a esto: https://en.wikipedia.org/wiki/Sulfur...izing_property

El depósito de sulfato de hierro(II) es porque en el medio tendrás cationes Fe(II) e iones sulfato, procedentes del exceso de ácido. Pero eso no significa que nada del ácido sulfúrico participe en la reacción.

Okey, estamos de acuerdo, ahora, lo que ocurre es que no sé cómo calcular los potenciales de reducción (a través de la ecuación de Nernst)... Muchas gracias campeón, me has resuelto el 60% de la duda que me quitaba el sueño. Muchas, muchas, muchísimas gracias!!!

[arivasm]

Por aquello de seguir aportando. Para el caso diluido entiendo que se trata de pasar la concentración a molaridad y manejar el ácido como completamente disociado (totalmente como monoprótico, en realidad parcialmente para la segunda -como en este ejemplo-, aunque el que no den la pKa de esta última parece indicar que hay que manejarla de alguna manera aproximada, entiendo que despreciándola).

Para el caso concentrado entiendo que no hay que complicarse la vida: la actividad del ácido sulfúrico se puede manejar como si fuese la unidad.

De todos modos, son conceptos de Química, que tengo bastante oxidados, por lo que no estaría de más la colaboración de algún otro compañero.

[cogujada]

A ver es que yo creo que lo de diluido está bien y que simplemente se trata de una reacción redox en medio ácido. No sé, pero me da la sensación que es así y que no hay que manejar pKa's etcétera. Puede que me esté equivocando. En favor de mi argumento tengo que la profesora antes del confinamiento hizo un ajuste de este tipo y era igual: Fe + H2SO4 --> FeSO4 + H2
Pero claro, lo hizo sólo con ácido diluido. Con ácido concentrado no hizo nada y eso es lo que más me revienta, que mande algo que no hemos hecho o dado (y además aplicando la ecuación de Nernst). En fin, muchas gracias, espero que puedas seguir ayudándome.

[Richard R Richard]

En un todo general de acuerdo con arivasm.
la reducción del sulfúrico concentrado es

$2H_2SO_4+2e^-\to SO_2+2H_2O+SO_4^{2-}$

Busca el potencial de esta semirreacciones , y calcula $\Delta G$ te dará mayor que cero por lo que no será espontánea.

El sulfúrico puro no ataca al hierro.

https://en.m.wikipedia.org/wiki/Sulf...izing_property

[cogujada]

En un todo general de acuerdo con arivasm.
la reducción del sulfúrico concentrado es

$2H_2SO_4+2e^-\to SO_2+2H_2O+SO_4^{2-}$

Busca el potencial de esta semirreacciones , y calcula $\Delta G$ te dará mayor que cero por lo que no será espontánea.

El sulfúrico puro no ataca al hierro.

https://en.m.wikipedia.org/wiki/Sulf...izing_property

Okey estamos de acuerdo, entonces intuyo que esa es la reducción del ácido y que la oxidación del hierro ocurre de igual manera (Fe ----> Fe²⁺)? O eso es ya mucho suponer. Porque sabiendo la semirreacción de reducción del ácido y la semirreacción de oxidación del hierro (suponiendo que es esa), de una manera relativamente sencilla puedo hallar la reacción total ya ajustada. De todas maneras, puedo seguir utilizando los potenciales de reducción estándar??
Muchisimas gracias eh!! TIENES EL CIELO GANADO!!!!!

[Richard R Richard]

A las dos preguntas sí y creo que sí,

[cogujada]

Mil gracias!!!!!!!!

[cogujada]

No sé por qué no me deja abrir un nuevo tema, lo pongo por aquí xD:

Buenas, escribo este mensaje con el fin de que me ayudéis a resolver una duda conceptual que me ha surgido y por otro lado, a ver si podéis echar un ojo a un ejercicio y mirar si está bien. Muchas gracias de antemano, en estos momentos difíciles... hay que ayudarse unos a otros.

La primera duda es que no entiendo el concepto de solubilización, es decir, no entiendo qué ocurre cuando solubilizas una sal. Por ejemplo, tengo 20 gramos de NaCl (cuya solubilidad es 359 g/L). ¿Cuál sería el volumen mínimo de agua necesario para solubilizar el NaCl? Intuyo que lo que hay que hacer es dividir 20 entre 359, y lo que obtengamos será el volumen mínimo. Supongo que eso es lo que hay que hacer, pero sigo sin comprender lo que es la solubilización de una sal (supongo que será disolver, pero es que no aparece ninguna referencia en la bibliografía que estoy mirando: Chang, Petrucci, Babor-Ibarz y Housecroft).

En cuanto a la segunda duda, ya he molestado por aquí con este ejercicio, pero con la ayuda de RRR hemos conseguido (gracias a él) sacar las castañas del fuego. De todas maneras me gustaría que le echaseis un vistazo para ver qué os parece. El enunciado dice así:

Ajuste la reacción de oxidación del Fe metálico a Fe(II) con ácido sulfúrico diluido. Analice si es favorable desde el punto de vista termodinámico.

Esta es la parte sencilla (el ejercicio consta de dos enunciados). Aquí es relativamente sencillo porque:

SEMIRREACCIÓN DE OXIDACIÓN: Fe --> Fe²⁺ + 2e^-
SEMIRREACCIÓN DE REDUCCIÓN: 2H⁺ + 2e^- --> H₂
REACCIÓN AJUSTADA: Fe + H₂SO4 --> H₂ + FeSO4

Para indicar si es favorable termodinámicamente, utilizamos los potenciales de reducción estándar. El potencial de reducción (2H⁺/H₂) = 0 V. El potencial de reducción (Fe²⁺/Fe) = -0.44 V
Ahora, E_T = E_reducción - E_oxidación = 0 +0.44 = 0.44 V
Sabiendo que:
ΔG = -n * F * E_T
Vemos que ΔG va a ser negativo (en concreto será -84906 J/mol) por lo que desde el punto de vista termodinámico, la reacción es favorable.

En cuanto a la segunda parte, el ejercicio dice así:

Ajuste, ahora, la reacción que se daría entre Fe metálico y el ácido sulfúrico concentrado. Analice si es favorable termodinámicamente.

Gracias al compañero RRR, que me mandó un enlace muy útil y que dedujo la reacción de reducción, pude llegar a la siguiente conclusión (esto es lo que me interesa que miréis con ojos críticos):

SEMIRREACCIÓN DE REDUCCIÓN: 2H₂SO₄ + 2e^- --> SO₂ + 2H₂O +SO₄2-
Aquí estoy bastente seguro que ocurre esta semirreacción de reducción. Donde tengo duda es en la semirreacción de oxidación. Ya que, cito textualmente: "Con ácido sulfúrico concentrado, la reacción no es favorable desde el punto de vista cinético, ya que la inicial oxidación del Fe da lugar a un depósito insoluble de sulfato de hierro (II), anhidro sólido que se sitúa sobre la superficie del metal pasivándolo". Esto, no sé muy bien por qué, hace que me lie bastante. De todas maneras, intuyo que la semirreacción de oxidación es así:


SEMIRREACCIÓN DE OXIDACIÓN: Fe --> Fe²⁺ + 2e^-
REACCIÓN AJUSTADA: 2H₂SO₄ + Fe --> SO₂ + 2H₂O + FeSO₄

Ahora bien, me surgen dudas porque no sé (al ser ácido concentrado) si se pueden utilizar las potenciales de reducción estándar o si hay que aplicar la ecuación de Nernst y obtener nuevos potenciales (nunca llegué a comprender del todo bien la ecución de Nernst). De todas maneras, me fío de mi criterio y utilizo los potenciales de reducción estándar (aunque si lo estoy haciendo mal, preferiría que me corrigieseis xD). Pero aquí viene el otro problema, y es que no encuentro por ningún lado (y he buscado en el Chang y Housecroft, en Internet en inglés) el potencial de reducción de la semirreacción de reducción. Eso me hace pensar que me estoy equivocando en algún sitio, y no sé dónde.

En fin, muchas gracias, espero que me podáis ayudar.

[Richard R Richard]

Hola cogujada, recuerda que el foro no es un espacio de asesoramiento personal, sino que lo que debatamos por aquí, le sera útil a alguien más en el futuro.

Por eso es necesario que por cada consulta abras un nuevo hilo, dicho esto te respondo la primer duda , pero la próxima por favor posteala por separado.

Disolver es la acción de hacer una mezcla de un soluto con un solvente, hay veces que por las propiedades de ambos, es factible obtener una sola fase que llamamos solución y otra, en que el limite de solubilidad es alcanzado , y el solvente disuelve una porción del soluto, pero el resto queda como una segunda fase o bien precipitada o bien sobrenadante.

En este problema concreto, sabes cual es el limite en gramos de soluto por litro de solución (en este caso puede decir que el volumen es igual al del solvente, pero no siempre es así)

entonces el problema se reduce a un simple problema de regla de tres. si el máximo es tanto gramos por litro cuantos litros necesito para disolver x gramos... se compende? sino abre un nuevo hilo que lo detallo mejor.

y con el problema del ácido lo estas tomando mas complejo de lo que es ... toma la semireaccion que lleva la oxidación del azufre de valencia 4 al de valencia 6 de SO2 a SO4^2- busca ese potencial aplica nernst viendo que son 2 negativas del azufre vs dos positivas el hierro es una relación uno a uno, por lo que es una simple suma y resta de potenciales, entiendo que debería ser que la energía libre te tiene que dar positiva, la reacción no es espontanea , necesita algo de energía extra para que se produzca, la disolución del pasivado y el sulfúrico siga atacando al hierro hasta oxidarlo a hierro 2.

De todos modos esto he aprendido hace 35 años en la secundaria , y puedo estar desactualizado o no explicando correctamente, espera algo de confirmación extra.