Después de consultar expertos en la materia, programadores de deferentes áreas y maestros hemos dado con la respuesta al problema y la compartimos en este post.
Solución:
Solución 1:
Entiendo que esto tiene sentido, pero no tengo idea de cómo derivarlo yo mismo. ¡Cualquier ayuda sería apreciada!
Buena pregunta porque tales preguntas fueron abordadas por destacados físicos químicos y premios Nobel (Ostwald/Nernst y Hoffmann).
La reducción del agua se puede probar visualmente y el aparato para demostrarlo lleva el nombre de Hoffman. Básicamente, es un experimento de electrólisis del agua. Lo que verá en el lado conectado a la terminal negativa de la batería que produce un gas, que es el doble del volumen en comparación con el lado conectado a la terminal positiva de la batería.
Este gas, que es muy ligero, arde con una llama azul y vuelve a formar agua, por lo que debe ser hidrógeno. En segundo lugar, otro efecto interesante es que la región del electrodo que produce hidrógeno se vuelve altamente alcalina. Si pones indicador de fenolftaleína, el terminal negativo se vuelve rosa indicando un exceso de iones OH(-).
Así que tres cosas nos pueden convencer con lo siguiente:
$ce2H2O + 2e- -> H2 + 2OH-$
a) El electrodo rico en electrones es el cátodo en la celda de electrólisis. El agua puede ganar electrones aquí. b) El cátodo se vuelve altamente alcalino durante la electrólisis c) El cátodo produce gas hidrógeno, que tiene el doble de volumen en comparación con el oxígeno. d) Incluso puede calcular la cantidad de electrones utilizados para producir un volumen determinado de hidrógeno a partir de la corriente medida y el tiempo.
Solución 2:
En primer lugar: la reducción es solo una forma elegante de decir “ganancia de electrones”.
La pregunta planteada puede reformularse así:
¿Qué le sucede al agua si gana más electrones?
Para responder a esto, deberíamos echar un vistazo a los números de oxidación del agua: dado que el oxígeno es más electronegativo, tiene un número de oxidación de -II, mientras que los dos átomos de hidrógeno tienen un número de oxidación de +I (números romanos).
Como podemos ver, el oxígeno ya se encuentra en su estado más reducido. Sabemos esto, porque el oxígeno tiene 6 electrones de valencia, con un número de oxidación de -II esto hace ocho cumpliendo así la regla del octeto.
Lo que se puede reducir (es decir, ganar electrones) aquí es, por lo tanto, el hidrógeno, que pasa de +I a 0 (los electrones se cargan negativamente, lo que reduce el número de oxidación).
El hidrógeno con un número de oxidación de 0 es la molécula de hidrógeno. $ceH2$. En $ceOH-$, ambos átomos todavía tienen los números de oxidación como en el agua. Ahora sólo tenemos que equilibrar la reacción.
Solución 3:
Los procesos de reducción como se plantean aquí, “reorganizan” los átomos al tomar dos electrones. Una forma en la que pudo haber podido “derivar” o hacer una buena conjetura es considerar la electrólisis del agua, descomponiendo el agua en $ceH2$ y $ceO2$. En este caso tiene que haber tanto una Oxidación como una Reducción. En el caso de la hidrólisis, el $ceH2$ es el producto del proceso de reducción. Esto se debe a que el $ceH$ en $ceH2O$, formalmente tiene una carga de 1+. los $ceH$ [both of them] en $ceH2$ tiene una carga formal de cero. los $ceH+$ de agua aceptó un electrón y ahora tiene una carga de cero, por lo tanto, una reducción. Ahora, conociendo el producto de reducción, simplemente equilibre la reacción.
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