El concepto de la oxidación del hierro

“La oxidación del hierro.”

Esto es debido a una reacción redox (oxidación- reducción), en la que se intercambian electrones entre los reactivos de forma que hacen cambiar sus estados de oxidación. En toda reacción redox hay una sustancia que se oxida perdiendo electrones y que es el agente reductor y una sustancia que se reduce ganando electrones y que es el oxidante. Esto es lo que ocurre con los objetos de hierro que se encuentran expuestos a la humedad y el aire. Cuando pasa un tiempo observamos que se ha formado una delgada capa de óxido de hierro. Entonces decimos que se ha oxidado.

La reacción global redox sería: 2 Fe + 3 O2 = 2 Fe2O3

Aquí los elementos Fe y O2 tienen nº de oxidación cero. El hierro se oxida perdiendo electrones y pasando a nº de oxidación +3, mientras que el oxígeno se reduce ganado electrones y pasando a nº de oxidación -2.

El hierro se oxidaría también en una atmósfera de cloro o azufre. La humedad actuaría como catalizador de la reacción, y es por eso que los objetos de hierro se oxidan más y antes en las zonas costeras que en las zonas del interior.

La oxidación es una reacción química donde un metal o un no metal cede electrones, y por tanto aumenta su estado de oxidación. La reacción química opuesta a la oxidación se conoce como reducción, es decir cuando una especie química acepta electrones. Estas dos reacciones siempre se dan juntas, es decir, cuando una sustancia se oxida, siempre es por la acción de otra que se reduce. Una cede electrones y la otra los acepta. Por esta razón, se prefiere el término general de reacciones redox. La propia vida es un fenómeno redox. El oxígeno es el mejor oxidante que existe debido a que la molécula es poco reactiva (por su doble enlace) y sin embargo es muy electronegativo, casi como el flúor.

La sustancia más oxidante que existe es el catión KrF+ porque fácilmente forma Kr y F+. Entre varias sustancias con el mismo estado de oxidación; la capacidad oxidante difiere grandemente según el ligante Así el -CF3 tiene una electronegatividad (el C) similar a la del cloro (3,1) mucho mayor que por ejemplo -CBr3, aunque ambos tengan el mismo número de oxidación. Las propiedades del HBrO3 son muy diferentes a la del BrF5 éste último es mucho más oxidante aunque ambos tengan la misma valencia.

Si el elemento está como grupo neutro o estado catiónico: KrF2 tiene una EN menor que el KrF+ aunque formalmente tengan el mismo número de oxidación. Así el MnF3 el MnF4(-1) y el MnF2(+1) todos con el mismo número de oxidación tienen EN diferentes.

Las sustancias oxidantes más usuales son el permanganato potásico (KMnO4), el dicromato de potasio (K2Cr2O7), el agua oxigenada (H2O2), el ácido nítrico (HNO3), los hipohalitos y los halatos (por ejemplo el hipoclorito sódico (NaClO) muy oxidante en medio alcalino y el bromato potásico (KBrO3). El ozono (O3) es un oxidante muy enérgico:

Br(-1) + O3 = BrO3(-1)

El nombre de "oxidación" proviene de que en la mayoría de estas reacciones, la transferencia de electrones se da mediante la adquisición de átomos de oxígeno (cesión de electrones) o viceversa. Sin embargo, la oxidación y la reducción puede darse sin que haya intercambio de oxígeno de por medio, por ejemplo, la oxidación de yoduro de sodio a yodo mediante la reducción de cloro a cloruro de sodio:

2NaI + Cl2 → I2 + 2NaCl

Esta puede desglosarse en sus dos hemireacciones correspondientes:

2 I-1 ←→ I2 + 2 e-

Cl2 + 2 e- ←→ 2 Cl-1

En estas dos ecuaciones queda explícita la transferencia de electrones. Si se suman las dos ecuaciones anteriores, se obtiene la primera.

Tipos de oxidación

• Oxidación lenta

o La que ocurre casi siempre en los metales a causa del agua o aire, causando su corrosión y pérdida de brillo y otras propiedades características de los metales, desprendiendo cantidades de calor inapreciables; al fundir un metal se acelera la oxidación, pero el calor proviene principalmente de la fuente que derritió el metal y no del proceso químico (una excepción sería el aluminio en la soldadura autógena).

• Oxidación rápida

o La que ocurre durante lo que ya sería la combustión, desprendiendo cantidades apreciables de calor, en forma de fuego, y ocurre principalmente en substancias que contienen carbono e hidrógeno, (Hidrocarburos)

Combinaciones

Cuando el oxígeno se combina con un metal, puede formar o bien óxidos básicos o peróxidos, estos óxidos se caracterizan por ser de tipo básicos.

Si se combina el oxígeno con un no metal forma óxidos ácidos también llamados anhídridos y caracterizados por ser de tipo ácido (actúan como ácido).

Ejemplo

El hierro puede presentar dos formas oxidadas.

Fe2O2 → FeO

Fe2O3

Consecuencias

En los metales una consecuencia muy importante de la oxidación es la corrosión, fenómeno de impacto económico muy negativo.

Combinando las reacciones de oxidación-reducción (redox) en una celda galvánica se consiguen las pilas electroquímicas (ver pila eléctrica). Estas reacciones pueden aprovecharse para evitar fenómenos de corrosión no deseados mediante la técnica del ánodo de sacrificio y para la obtención de corriente eléctrica continua.

“La obtención del cemento”

El proceso de obtención del cemento Portland por vía seca se divide en tres grandes fases: operaciones previas, fabricación del clínquer, y molienda y acabado del cemento.

• Operaciones previas. Incluye las operaciones de secado, molienda y dosificación. El secado previo elimina el exceso de humedad que puedan contener. Para esta operación pueden emplearse los gases procedentes del horno de calcinación. En la molienda se obtienen fragmentos no superiores a los 10 cm. Finalmente, se produce a la dosificación de componentes en la proporción adecuada.

• Fabricación del clínquer. Esta operación se lleva a cabo en hornos rotativos que alcanzan más de 120 m de longitud. En él se produce una serie de fenómenos físicos y químicos.

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