Digramas de frost

Diagramas de Frost

Apellidos, nombre
Departamento
Centro

Blasco Tamarit, Encarna (meblasco@iqn.upv.)
Ingeniería Química y Nuclear
Escuela Técnica Superior de Ingenieros
Industriales

1 Resumen de las ideas clave
En este artículo vamos a aprender qué es un Diagrama de Frost, qué representa,
para qué sirve y cuáles son sus principales características. También se explicará
cómoconstruir un diagrama de Frost a partir de los datos contenidos en un
diagrama de Latimer.

2 Introducción
¿Cómo puedo expresar de forma resumida los potenciales de reducción
correspondientes a las diferentes especies de un elemento en sus diferentes
estados de oxidación?. Hay diversos esquemas que son útiles para representar las
estabilidades termodinámicas relativas de un conjunto de especiesen las que un
elemento está presente en estados de oxidación diferentes.
En este documento se describe uno de estos esquemas: los diagramas de Frost,
útiles para dar una visión cualitativa de las estabilidades relativas de los estados de
oxidación así como proporcionar información sobre la termodinámica de una
oxidación-reducción de un elemento.

3 Objetivos
A partir de la lectura de estedocumento los alumnos serán capaces de:



Interpretar los datos representados en un diagrama de Frost.



Construir un diagrama de Frost a partir de un diagrama de Latimer.



Realizar cálculos sencillos a partir de un diagrama de Frost.

4 Diagramas de Frost
4.1 Definición
Un diagrama de Frost de un elemento X consiste en la representación de nEº =f(n),
donde Eº es elpotencial de reducción del par Xn/X0 y n es el estado de oxidación
del elemento.
También se definen como representaciones de equivalente-voltio (nEº) vs estado
de oxidación (n), siendo el equivalente-voltio de un elemento X en un estado de
oxidación n, el producto del estado de oxidación del mismo (n) y el potencial de
reducción del elemento en el estado de oxidación n respecto al elemento enestado de oxidación 0 (Eº (Xn/X0)).

Como nEº es proporcional a la variación de la energía libre normal de Gibbs (Gº)
a través de la siguiente ecuación:
Gº = -nEºF
Ecuación 1. Variación de la energía libre normal de Gibbs en función del
potencial normal de reducción (F=96500 C/mol)
se puede considerar también que el diagrama de Frost es una representación de
la energía libre normal de Gibbsinvolucrada en la reducción Xn/X0, frente al
estado de oxidación del elemento.

4.2 Construcción de un diagrama de Frost
Los diagramas de Frost se construyen a partir de los datos de potenciales normales
de reducción recogidos en los diagramas de Latimer, otro tipo de diagramas de
estados de oxidación. Estos datos corresponden a 25ºC y [especies]=1M. Los
diagramas pueden ser para mediosácidos, [H+]=1 M y pH=0, ó para medios
básicos [OH-]=1M y pH=14.
En este apartado vamos a construir paso a paso un diagrama de Frost, a partir del
diagrama de Latimer del manganeso en medio ácido. Este diagrama puede ser
proporcionado de dos formas:
Ejemplo 1. En este caso partiremos del diagrama de Latimer completo en el que
aparecen los potenciales de reducción de cada especie respecto alMn0.

0.74
-0.283

MnO4-

0.56

MnO4-2

2.26

MnO2

0.95

Mn+3

1.51

Mn+2

-1.18

Mn0

0.025
0.77

Gráfico 1. Diagrama de Latimer del manganeso en medio ácido (pH=0)
En este diagrama los valores situados sobre las líneas indican el potencial normal
de reducción (en voltios) de la especie oxidada (a la izquierda del valor) respecto
a la especie reducida (a la derechadel valor), así:
Eº(MnO4-/MnO4-2)=0.56V, Eº(MnO4-2/MnO2)=2.26V, Eº(MnO4-/Mn0)=0.74V etc.

Para construir el diagrama de Frost, realizaremos el cálculo de nEº a partir de los
datos de Latimer, tal como muestra la siguiente tabla:

n
0
2
3
4
6
7

Especie
Mn0
Mn+2
Mn+3
MnO2
MnO4-2
MnO4-

nEº (eV)
0
2· (-1.18)= - 2.36
3· (-0.283)= - 0.85
4· (0.025)= 0.1
6· (0.77)= 4.62...