Oxidante

Apariencia mover a la barra lateral ocultar Símbolo de riesgo químico de la Unión Europea para agentes oxidantes. Etiqueta genérica de mercancías peligrosas para agentes oxidantes.

Un agente oxidante o comburente es un compuesto químico que oxida a otra sustancia en reacciones electroquímicas o de reducción-oxidación. En estas reacciones, el compuesto oxidante se reduce.

Básicamente:

Aceptadores de electrones

Tetracianoquinodimetano es un aceptor de electrones orgánico.

Los aceptores de electrones participan en las reacciones de transferencia de electrones. En este contexto, el agente oxidante se denomina aceptor de electrones y el agente reductor se denomina donante de electrones. Un agente oxidante clásico es el ferrocenio de iones Fe(C
5H
5)+
2, que acepta un electrón para formar Fe(C5H5)2. Uno de los aceptores más fuertes disponibles comercialmente es "Magic blue", el catión radical derivado de N(C6H4-4-Br)3.

Se encuentran disponibles tabulaciones extensas de clasificación de las propiedades de aceptación de electrones de varios reactivos (potenciales redox).

Ejemplo de reacción redox

La formación del óxido de hierro es una clásica reacción redox:

4 F e ( s ) + 3 O 2 ( g ) → 2 F e 2 O 3 ( s ) {\displaystyle 4Fe(s)+3O_{2}(g)\to 2Fe_{2}O_{3}(s)}

En la ecuación anterior, el átomo de hierro (Fe) tiene un número de oxidación 0 y al finalizar la reacción su número de oxidación es +3. El átomo de oxígeno empieza con un número de oxidación 0 y al final su número de oxidación es de -2. Las reacciones anteriores pueden entenderse como dos semirreacciones simultáneas:

  1. Semirreacción de oxidación: 4 F e ( s ) → 2 F e 2 O 3 ( s ) + 12 e − {\displaystyle 4Fe(s)\to 2Fe_{2}O_{3}(s)+12e^{-}}
  2. Semirreacción de reducción: 3 O 2 ( g ) + 12 e − → 2 F e 2 O 3 ( s ) {\displaystyle 3O_{2}(g)+12e^{-}\to 2Fe_{2}O_{3}(s)}

El hierro(II) se ha oxidado debido a que su número de oxidación se ha incrementado y actúa como agente reductor, transfiriéndole electrones al oxígeno, el cual disminuye su número de oxidación (se reduce) aceptando los electrones del metal.

Significados alternativos

Debido a que la reacción de oxidación está tan extendida (explosivos, síntesis química, corrosión), el término oxidante ha pasado a adquirir múltiples significados.

En una definición, el oxidante recibe electrones de un reactivo. En este contexto, el oxidante se denomina aceptor de electrones. Un oxidante clásico es el ion ferrocenio +, el cual puede aceptar un electrón y transformarse en ferroceno Fe(C5H5)2. El mecanismo de transferencia electrónica es de gran interés, y puede ser descrito como de esfera interna o externa.

En otra acepción más coloquial, el oxidante transfiere átomos de oxígeno al sustrato. En este contexto, el oxidante puede ser descrito como un agente oxigenante o un agente de transferencia de átomos de oxígeno. Algunos ejemplos son el anión permanganato MnO4-, el cromato CrO4- y el tetróxido de osmio, OsO4. Nótese que todos estos compuestos son óxidos, más concretamente polióxidos. En algunos casos, estos óxidos pueden utilizarse como aceptores de electrones, como en la reacción de conversión de permanganato MnO4- a manganato MnO42-.

Oxidante en la combustión

En la combustión, al oxidante también se le llama comburente. Un comburente es cualquier sustancia que en ciertas condiciones de temperatura y presión puede combinarse con un combustible, provocando así una combustión. Actúa oxidando al combustible y por lo tanto siendo reducido por este último.

El comburente por antonomasia es el oxígeno atmosférico, O2 , o dioxígeno,​ que se encuentra normalmente en el aire con una concentración porcentual en volumen aproximada del 21 %. Todos los comburentes tienen en su composición oxígeno disponible, ya sea en forma de oxígeno molecular, como se ha dicho, o bien como oxígeno que ceden en el momento de la combustión.

Para que se produzca la combustión es necesaria la presencia de una proporción mínima de dioxígeno, que por regla general va de un 15 % hasta, en casos extremos, un 5 %.

En situaciones en donde no hay oxígeno atmosférico, o en donde se desea una combustión muy fuerte y energética, se puede usar dioxígeno gaseoso o líquido, como es en el caso de los cohetes usados en los transbordadores espaciales, o bien diversos tipos de comburentes compuestos. Por ejemplo, en la combustión de la pólvora dentro de un cartucho, el oxígeno es aportado por una sal de un oxiácido, como el nitrato de potasio o el clorato de potasio.

El término comburente se usa por extensión a cualquier medio en el que es posible la ignición o combustión, siendo uno de los lados del diagrama de Ostwald.

Ejemplos

Un ejemplo bien conocido de oxidación es la formación de óxido por oxidación de hierro, cuya ecuación general se escribe :

4 Fe + 3 O2 → 2 Fe2O3.

Durante esta reacción, el estado de oxidación del hierro pasa de 0 a 3 después de ceder tres electrones por átomo de hierro al dioxígeno, que es el oxidante en esta reacción y se reduce a la forma de iones óxido. O2− al final de esto.

Los oxidantes más energéticos son, en orden descendente, el difloruro de oxígeno OF2, el fluor F2 y el difluoruro de kriptón KrF2. Entre los otros compuestos muy oxidantes, se pueden mencionar :

En química orgánica, un metaloceno oxidado como el ion ferrocenio (Fe(C5H5)2)+ se puede utilizar como oxidante en determinadas reacciones.

Agentes oxidantes comunes

Agentes oxidantes y sus productos de oxidación

Agente Producto
O2 oxígeno Varios, incluyendo óxidos como el agua y dióxido de carbono
O3 ozono Varios
F2 flúor F–
Cl2 cloro Cl–
Br2 bromo Br–
I2 yodo I–
ClO– hipoclorito Cl–
ClO3– clorato Cl–
HNO3 ácido nítrico NO óxido nítrico, NO2 dióxido de nitrógeno
Cr6+ (cromo hexavalente) Cr3+
MnO4– permanganato Mn2+ (ácido) or MnO2 (básico)
H2O2, otros peróxidos Varios, incluyendo óxidos como el H2O

Definición de materiales peligrosos

La definición de mercancías peligrosas de un agente oxidante es una sustancia que puede causar o contribuir a la combustión de otro material.​ Según esta definición, algunos materiales que se clasifican como agentes oxidantes de los químicos analíticos no están clasificados como agentes oxidantes en el sentido de materiales peligrosos. Un ejemplo es el dicromato de potasio, que no pasa la prueba de mercancías peligrosas de un agente oxidante.

El Departamento de Transporte de los Estados Unidos define agentes oxidantes específicamente. Hay dos definiciones de agentes oxidantes regidas por las regulaciones del DOT. Estos dos son Clase 5; División 5.1(a)1 y Clase 5; División 5.1(a)2. División 5.1 "significa un material que puede, generalmente al liberar oxígeno, causar o mejorar la combustión de otros materiales". La División 5.(a)1 del código DOT se aplica a los oxidantes sólidos "si, cuando se prueban de acuerdo con el Manual de Pruebas y Criterios de las Naciones Unidas (IBR, ver § 171.7 de este subcapítulo), su tiempo medio de combustión es menor o igual al tiempo de combustión de una mezcla de bromato de potasio/celulosa 3:7." 5.1(a)2 del código DOT se aplica a los oxidantes líquidos "si, cuando se prueba de acuerdo con el Manual de Pruebas y Criterios de las Naciones Unidas, se enciende espontáneamente o si su tiempo medio para un aumento de presión manométrica de 690 kPa a 2070 kPa es menor que el tiempo de una mezcla de ácido nítrico (65 por ciento)/celulosa 1:1."

Véase también

Referencias

  1. Reboiras, M. D. (1 de enero de 2006). Química: la ciencia básica. Editorial Paraninfo. ISBN 978-84-9732-347-5. Consultado el 31 de diciembre de 2019. 
  2. N. G. Connelly, W. E. Geiger (1996). «Chemical Redox Agents for Organometallic Chemistry». Chemical Reviews 96 (2): 877-910. PMID 11848774. doi:10.1021/cr940053x
  3. a b Martínez, Antonio de Lucas; Camacho, José Villaseñor; Bajo, Justo Lobato (16 de agosto de 2004). Termotecnia básica para ingenieros químicos. Bases de Termodinámica Aplicada. Univ de Castilla La Mancha. ISBN 978-84-8427-331-8. Consultado el 31 de diciembre de 2019. 
  4. a b Hill, John W. (1999). Química para el nuevo milenio. Pearson Educación. ISBN 978-970-17-0341-0. Consultado el 31 de diciembre de 2019. 
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Bibliografía