Oxidant
Un oxidant, o agent oxidant, és una espècie química que, en reaccions d'oxidació-reducció o redox, extreu electrons d'una altra i un dels elements que el constitueixen disminueix de nombre d'oxidació, es redueix. Per exemple, el fluor és un oxidant fort que presenta nombre d'oxidació 0. En reaccionar amb sodi li extreu un electró i, d'aquesta manera redueix el seu nombre d'oxidació a –1 i, al mateix temps el sodi s'oxida augmentant el seu nombre d'oxidació de 0 a +1. La reacció que té lloc és:
![{\displaystyle {2\,\mathrm {Na} {\vphantom {A}}^{0}{\mskip {2mu}}(\mathrm {s} ){}+{}\mathrm {F} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}{\vphantom {A}}^{0}{\mskip {2mu}}(\mathrm {g} ){}\mathrel {\longrightarrow } {}2\,\mathrm {Na} {\vphantom {A}}^{+1}\mathrm {F} {\vphantom {A}}^{-1}{\mskip {2mu}}(\mathrm {s} )}}](/media/api/rest_v1/media/math/render/svg/17e8e1d687b6cdb5682fca64eb97673dd50ad492)
Els agents oxidants són importants en molts processos químics, com ara la combustió, el metabolisme i la corrosió. També s'utilitzen habitualment en processos industrials, com ara en la producció de productes químics i combustibles. Tanmateix, també poden ser perillosos i nocius si no es manipulen correctament, ja que poden causar incendis o explosions i poden ser tòxics per als organismes vius.[1]
El terme «oxidant» és un mot que prové del verb «oxidar», que etimològicament vol dir ‘afegir oxígens’, pel fet que inicialment només es coneixien reaccions d'oxidació on intervenia l'oxigen (sol o combinat) com a agent oxidant, com ara la reacció de combustió del gas metà (gas natural) que dona diòxid de carboni i aigua:[2][3]
![{\displaystyle {\mathrm {CH} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{4}}{\mskip {2mu}}(\mathrm {g} ){}+{}2\,\mathrm {O} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}{\mskip {2mu}}(\mathrm {g} ){}\mathrel {\longrightarrow } {}\mathrm {CO} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}{\mskip {2mu}}(\mathrm {g} ){}+{}2\,\mathrm {H} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {O} {\mskip {2mu}}(\mathrm {g} )}}](/media/api/rest_v1/media/math/render/svg/ed33f7df713667cf581fad33f01d8d22d85c8f38)
Tanmateix, no existeix cap definició absoluta del terme agent oxidant, puix que molts reactius poden comportar-se com a oxidants o reductors, segons el sistema enfront del qual actuen: així, per exemple, el peròxid d'hidrogen , que actua generalment com a oxidant, actua com a reductor enfront del permanganat en medi àcid (pH < 7) i, en aquest cas, el permanganat és l'oxidant:
![{\displaystyle {5\,\mathrm {H} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {O} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}{}+{}2\,\mathrm {MnO} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{4}}{\vphantom {A}}^{-}{}+{}6\,\mathrm {H} {\vphantom {A}}^{+}{}\mathrel {\longrightarrow } {}2\,\mathrm {Mn} {\vphantom {A}}^{2+}{}+{}5\,\mathrm {O} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}{}+{}8\,\mathrm {H} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {O} }}](/media/api/rest_v1/media/math/render/svg/98c30661cb09f0b6c180eb8c19fa00e4cda32ee1)
No obstant això, els potencials estàndard de reducció constitueixen una mesura, exacta si hom treballa en condicions de reversibilitat, del poder oxidant de les substàncies. A major potencial de reducció més fort és l'agent oxidant. Per exemple el fluor és un dels oxidants més potents i té un potencial de reducció de +2,87 V.
| Agent oxidant (força creixent ↑) |
Semireacció de reducció | E° (V) | Agent reductor (força creixent ↓) |
|---|---|---|---|
| F₂(g) | F₂(g) + 2e⁻ ⟶ 2F⁻(aq) | +2,87 | 2F⁻(aq) |
| O3(g) | O3(g) + 2H+(aq) + 2e⁻ ⟶ O2(g) + H2O(l) | +2,075 | O2(g) |
| H₂O₂(aq) | H₂O₂(aq) + 2H⁺(aq) + 2e⁻ ⟶ 2H₂O(l) | +1,78 | 2H₂O(l) |
| MnO₄⁻(aq) | MnO₄⁻(aq) + 8H⁺(aq) + 5e⁻ ⟶ Mn²⁺(aq) + 4H₂O(l) | +1,507 | Mn²⁺(aq) |
| ClO₄⁻(aq) | ClO₄⁻(aq) + 8H⁺(aq) + 8e⁻ ⟶ Cl⁻(aq) + 4H₂O(l) | +1,389 | Cl⁻(aq) |
| Cl₂(g) | Cl₂(g) + 2e⁻ ⟶ 2Cl⁻(aq) | +1,36 | 2Cl⁻(aq) |
| Cr₂O₇²⁻(aq) | Cr₂O₇²⁻(aq) + 14H⁺(aq) + 6e⁻ ⟶ 2Cr³⁺(aq) + 7H₂O(l) | +1,232 | 2Cr³⁺(aq) |
| O₂(g) | O₂(g) + 4H⁺(aq) + 4e⁻ ⟶ 2H₂O(l) | +1,229 | 2H₂O(l) |
| Br₂(l) | Br₂(l) + 2e⁻ ⟶ 2Br⁻(aq) | +1,09 | 2Br⁻(aq) |
| NO₃⁻(aq) | NO₃⁻(aq) + 4H⁺(aq) + 3e⁻ ⟶ NO(g) + 2H₂O(l) | +0,957 | NO(g) |
| I₂(s) | I₂(s) + 2e⁻ ⟶ 2I⁻(aq) | +0,54 | 2I⁻(aq) |
| H₂(aq) | H₂(aq) + 2e⁻ ⟶ 2H⁻(s) | -2,23 | 2H⁻(s) |
| Al(OH)₄⁻(aq) | Al(OH)₄⁻(aq) + 3e⁻ ⟶ Al(s) + 4OH⁻(aq) | -2,328 | Al(s) |
| K⁺(aq) | K⁺(aq) + e⁻ ⟶ K(s) | -2,379 | K(s) |
| Na⁺(aq) | Na⁺(aq) + e⁻ ⟶ Na(s) | -2,71 | Na(s) |
| Ca²⁺(aq) | Ca²⁺(aq) + 2e⁻ ⟶ Ca(s) | -2,868 | Ca(s) |
| Li⁺(aq) | Li⁺(aq) + e⁻ ⟶ Li(s) | -3,04 | Li(s) |
| Cs⁺(aq) | Cs⁺(aq) + e⁻ ⟶ Cs(s) | -3,06 | Cs(s) |
Les substàncies emprades comunament com a oxidants als laboratoris i en els processos industrials pertanyen a tipus molt diversos, i entre ells cal esmentar, a més de l'oxigen i l'ozó , el peròxid d'hidrogen i diversos peroxiàcids, les solucions àcides, neutres o bàsiques de permanganat de potassi , triòxid de crom i dicromat de potassi , diversos òxids metàl·lics (tetraòxid d'osmi , diòxid de manganès , diòxid de seleni ), diversos oxoàcids halogenats i llurs sals (hipoclorit , clorat , àcid periòdic ), àcids minerals (àcid sulfúric , àcid nítric ) i sals d'alguns metalls amb el nombre d'oxidació més elevat (clorur de ferro(III) , nitrat de ceri(IV) , tetraacetat de plom ).[6]
Els organismes vius poden obtenir energia mitjançant un procés anomenat glicòlisi, una via metabòlica per la qual una molècula de glucosa és oxidada fins a dues molècules d'àcid pirúvic o piruvat. L'agent oxidant és el NAD+, un coenzim d'oxidoreducció present en totes les cèl·lules vives. És un dinucleòtid, ja que està compost de dos nucleòtids enllaçats pels seus grups fosfat. Un dels nucleòtids conté una adenina mentre que l'altre nucleòtid conté una nicotinamida. El NAD+ en la glicòlisi es redueix a NADH.[7]
Una substància per poder actuar com a oxidant és condició imprescindible que pugui adoptar estats d'oxidació inferiors. Un element químic en el seu estat d'oxidació més baix és impossible que actuï com a agent oxidant. En general, els no-metalls en estat elemental són agents oxidants i en reaccionar donen lloc als corresponents anions —per exemple F2(g) + 2e⁻ ⟶ 2F⁻(aq)—; els cations (generalment de metalls) es converteixen en neutres —exemple K⁺(aq) + e⁻ ⟶ K(s)—; els elements en estat d'oxidació superior en haver reaccionat queden amb un estat d'oxidació inferior —per exemple MnO₄⁻(aq) + 8H⁺(aq) + 5e⁻ ⟶ Mn²⁺(aq) + 4H₂O(l), el manganès en el permanganat té nombre d'oxidació +8 i en el catió manganès(+2) el té +2—.[8]
Aplicacions industrials
[modifica]Blanqueig en la manufactura de polpa i paper
[modifica]Una de les utilitzacions més notòries dels agents oxidants es troba en la indústria de la polpa i el paper. El peròxid d'hidrogen , el clorur de dioxigen i l'ozó s'empren habitualment per a blanquejar la polpa de paper mitjançant la degradació de la lignina, el compost responsable de la coloració de la fusta. Aquests oxidants permeten als fabricants produir paper d'una gran lluminositat sense recórrer al clor elemental , l'impacte mediambiental del qual és considerablement superior.[9]
Desinfecció i tractament d'aigües
[modifica].jpg?lang=ca)
Els oxidants tenen un paper fonamental en el tractament d'aigües residuals i potables. Composts com l'hipoclorit de sodi , el clor i l'àcid peracètic demostren una gran eficàcia en l'eliminació de bacteris, virus i altres agents patògens. En sistemes hídrics industrials, com ara les torres de refrigeració, els oxidants contribueixen a controlar la proliferació microbiana, la qual cosa redueix la bioincrustació i la corrosió. Aquest procés no solament garanteix la puresa i la innocuïtat de l'aigua, sinó que també perllonga la vida útil dels equipaments industrials.[9]
Síntesi en les indústries farmacèutica i de química fina
[modifica]
En l'àmbit de la indústria farmacèutica, els agents oxidants s'utilitzen en una vasta gamma de reaccions de síntesi orgànica, entre les quals s'inclouen l'oxidació d'alcohols a aldehids o cetones, la formació de sulfòxids i els processos d'halogenació. La seva capacitat per a modificar i depurar compostos intermedis és imprescindible en la producció de principis actius farmacèutics (API) i productes de química fina. La qualitat i puresa dels oxidants són particularment crítiques en aquestes aplicacions per a satisfer els exigents estàndards regulatoris i assegurar la consistència dels resultats.[9]
Metal·lúrgia i mineria
[modifica]Agents oxidants com el permanganat de potassi i el bromat de sodi s'apliquen en la lixiviació i extracció de metalls com l'or, l'urani i el coure. Aquests compostos faciliten la separació dels metalls valuosos dels seus minerals i l'eliminació d'impureses durant el refinament. En metal·lúrgia, els oxidants s'empren per a controlar els estats d'oxidació i suprimir contaminants indesitjats, cosa que millora la qualitat dels productes metàl·lics.[9]
Indústria tèxtil
[modifica]En el processament de teixits, els oxidants intervenen en el blanqueig de fibres, especialment el cotó, per a assolir la blancor desitjada abans de la tintura. El peròxid d'hidrogen és d'ús comú per la seva eficàcia i perquè genera subproductes innocus per al medi ambient (principalment aigua i oxigen). Els oxidants, a més, coadjuven en l'eliminació d'impureses orgàniques i potencien l'absorció dels colorants.[9]
Higienització en el sector alimentari
[modifica]Agents oxidants com l'àcid peracètic i l'ozó s'utilitzen extensament per a la higienització d'equips, envasos i superfícies en la indústria alimentària. Aquests compostos permeten erradicar bacteris i microorganismes responsables de la deterioració dels aliments sense deixar residus tòxics. En determinats casos, els oxidants s'apliquen directament sobre els productes alimentaris per al control microbià i la prolongació de la seva vida útil.[9]
Propulsió de coets i explosius
[modifica]Una de les aplicacions més espectaculars dels agents oxidants es manifesta en les indústries aeroespacial i de defensa, on formen part de propel·lents per a coets i explosius. Substàncies com el perclorat d'amoni , l'oxigen , el peròxid d'hidrogen o el diòxid de nitrogen actuen com a oxidants en combustibles sòlids o líquids per a coets, aportant l'oxigen necessari per a una combustió ràpida en absència d'aire atmosfèric. Aquesta aplicació exigeix els més alts estàndards de puresa, consistència i seguretat.[9]
Electrònica i fabricació de semiconductors
[modifica]En el sector electrònic, els oxidants s'empren en processos de gravat químic i neteja durant la fabricació de semiconductors. L'àcid nítric i el peròxid d'hidrogen formen part sovint de solucions de neteja destinades a eliminar residus orgànics i ions metàl·lics de les superfícies de les oblies de silici. La qualitat constant i uns nivells ínfims de contaminació són clau en aquesta indústria d'alta precisió.[9]
Referències
[modifica]- ↑ «Oxidizing Agents». Organic Chemistry Portal. [Consulta: 21 setembre 2025].
- ↑ «oxidant». Gran Diccionari de la llengua catalana. Barcelona: Grup Enciclopèdia Catalana.
- ↑ «oxidar». Gran Diccionari de la llengua catalana. Barcelona: Grup Enciclopèdia Catalana.
- ↑ Jr, Robert H. Hill; Finster, David C. Laboratory Safety for Chemistry Students (en anglès). John Wiley & Sons, 2016-03-28. ISBN 978-1-119-24337-3.
- ↑ Harris, Daniel C. Anàlisi químic quantitatiu. Reverte, 2006. ISBN 978-84-291-7223-2.
- ↑ «Oxidant». Gran Enciclopèdia Catalana. Barcelona: Grup Enciclopèdia Catalana. [Consulta: =19 setembre 2025].
- ↑ «nicotinamida-adenina-dinucleòtid». Gran Enciclopèdia Catalana. Barcelona: Grup Enciclopèdia Catalana. [Consulta: =21 setembre 2025].
- ↑ Dickerson, Richard E. Principios de química (en castellà). Reverte, 1992-11. ISBN 978-84-291-7175-4.
- ↑ 9,0 9,1 9,2 9,3 9,4 9,5 9,6 9,7 «Top Industrial Applications of Oxidizing Agents: From Bleaching to Rocket Fuel» (en anglès). Rock Chemicals, Inc., 16-05-2025. [Consulta: 19 setembre 2025].
- ↑ Weininger, Stephen J.; Stermitz, Frank R. Química orgánica (en castellà). Reverte, 1988. ISBN 978-84-291-7527-1.
- ↑ Marín, Daniel. «Lanzamiento de la Soyuz TMA-09M» (en castellà), 03-06-2013. [Consulta: 21 setembre 2025].