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sábado, 9 de febrero de 2013

Diagrama de Frost-Ebsworth

En la imagen tenemos un Diagrama de Frost-Ebsworth, es un diagrama de potenciales químicos y es de gran utilidad para los químicos en el momento de conocer reacciones y estabilidad de compuestos químicos.



El diagrama puede ser todo un infierno de números y líneas, pero nada de esto, es un diagrama muy sencillo de comprender. Explicaremos un poco de qué se puede extraer a partir de el, sin desfallecer en el intento.

En el Diagrama de Frost-Ebsworth, debemos tener en cuenta las coordenadas en las que está descrito. En el eje x, está puesto los números de oxidación posibles del elemento con su especie química representante, en este caso el nitrógeno. En el eje y, está puesto los potenciales multiplicado por el número de oxidación del elemento en la especie química descrita.
Podemos observar dos líneas coloreadas de azul y de rojo, no es más, la especie química representada en cada punto de cada estado de oxidación en diferentes medios acuosos. 
El medio acuoso y con un pH=0, se le denomina medio ácido, por lo que aparecerán las especies químicas en un medio acuoso ácido.
El medio acuoso y con un pH=14, se le denomina medio básico, por lo que aparecerán las especies químicas en un medio acuoso ácido.
Esto último, en lo que hago incapié de, medio ACUOSO ácido o básico, es importante a la hora de hacer reacciones químicas, porque no es lo mismo H2SO4 (ácido sulfúrico) de la gráfica, que será un ácido acuoso, que el H2SO4 concentrado, que tiene un potencial mucho mayor que del diagrama.

una vez que tenemos esto comprendido, podemos avanzar un poco más en la comprensión de estos diagramas.
En el diagrama veremos lo siguiente:
  • Puntos más bajos que el resto
  • Puntos más altos que el resto
  • Pendientes de rectas muy positivas
  • Pendientes de rectas poco positivas
  • Pendientes de rectas muy negativas
  • Pendientes de rectas poco positivas
  • Uniones entre especies químicas vecinas en las que tenemos una intermedia por debajo de la línea que une a los vecinos
  • Uniones entre especies químicas vecinas en las que tenemos una intermedia por encima de la línea que une a los vecinos
 Todo estos puntos parecen no tener sentido, pero ahora los trataremos uno a uno y serán de lo más sencillo y evidente para alguno de ellos.

1- Aquellos elementos que tengan un valor menor, serán lo más estable en comparación con aquellos elementos que tengan un valor superior. Es decir, que el N2 (dinitrógeno), tiene un valor de potencial por número de oxidación (nE) igual a cero y es inferior al valor del NO (monóxido de nitrógeno) igual a 1,7. Pues por esta condición descrita, al ser 0<1,7 implica que el dinitrogeno es más estable que el monóxido de nitrógeno.

2- Aquellos elementos que tengan un valor mayor, serán los más inestables en comparación con aquellos elementos que tengan un valor inferior. Es decir, que el NO es inestable frente al N2, puesto que 0<1,7.

Estos dos primeros puntos se traduce, en que en una reacción, la semireacción de reducción del NO podemos concluir que dará N2.

     Semireacción de reducción :  NO - 2e --> N2

Hemos visto como con el diagrama de Frost-Ebsworth podemos saber el producto posible de la reacción a simple vista.

3- Pendientes de rectas muy positivas, nos indican que tienen un potencial de reducción entre los elementos que la unen, altos. Esto se puede ver inmediatamente, teniendo en cuenta, que la recta que une los puntos tiene como ecuación matemática:
 (y-yo) = pendiente (x-xo) lo que implica (nE-(nE)o)=pendiente(n-no) y la pendiente=nE/n, es decir, la pendiente=E, el potencial de reducción entre los puntos que los une.
Gracias a este método pondemos conocer el potencial entre puntos que unen la recta, o incluso entre puntos que no una la recta consecutivamente, sino a distancia, siempre que sea en el mismo medio (basico o acuático).
Por lo que podemos saber el potencial de E(NO/N2)=[(0-1,7)/(0-(-2))]; E(NO/N2)= 0,85v

4- Pendientes de rectas poco positivas, nos indican que tienen un potencial de reducción entre elementos que une la recta, bajos. Esto es el ejemplo que hemos puesto para el punto 3: E(NO/N2)=0,85v

Estas pendientes nos sirve para tener en cuenta la reducción si será más o menos positiva en función de las pendientes de la recta que une los dos puntos objeto de estudio.

5- Pendientes de rectas muy negativas, nos indican que ahora el pontencial es negativo, y muy negativo. Semejante al punto 3, pero ahora en el rago de potenciales negativos.

6- Pendientes de rectas poco negativas, nos indican que ahora el potencial es negativo y poco negativo. Semejante al punto 4.

Estos cuatro últimos puntos nos pueden indicar cual de las semirreacciónes son de reducción o de oxidación, en función de comparar las pendientes de los distintos elementos que van a reaccionar.
Por ejemplo, si tenemos una reacción entre H2SO4 y H2O, deberemos comparar las pendientes entre H2SO4 y (por ejemplo) N2O; y el diagrama para H2O y H+. La pendiente más positiva, será aquella que se utilizará de semireacción de reducción, y la pendiente menos positiva o incluso negativa si fuere el caso, sería la semireacción de oxidación.

7- Cuando realizamos la unión mediante una línea dos puntos del diagrama, tenemos dos posibilidades, una de ellas es que por el medio hallan quedado puntos intermedios por encima de esta recta, lo cual va a significar que esas especies químicas van a tender a "desproporcionar" a las especies químicas unidas por nuestra recta. Lo que significa que las especies químicas por encima de la recta son inestables frente a los elementos que hemos escogido y con el tiempo tienden a transformarse en los elementos de unión de la recta.

8- Cuando realizamos la unión mediante una línea dos puntos del diagrama, tendremos la otra posibilidad, si nos quedan por debajo de la recta, entonces los compuestos unidos "conproporcionarán" al elemento que nos ha quedado debajo. Es decir, que nuestros elementos de unión son inestables al elemento que ha quedado por debajo de la recta y con el tiempo se transformará en dicho compuesto.

Finalmente, podemos también concluir los estados de oxidación en lo cuales es más facil encontrar el elemento del que trata el diagrama, y que estados de oxidación son más inestables para tal elemento.

Espero que halla sido lo más sencillo de entender, sin haber entrado en tecnicismos que puedan perder al lector. Si quieres un mayor detalle o mejor explicación, no dudes en comentarlo y no tendremos problena alguno.
Desde Cienciasparaprincipiantes te podemos explicar más detalladamente u otros diagramas de Frost-EbsworthFrost-Frost-Ebsworth.ros-

Gracias por su atención y coméntenos.



 

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