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Carlos Corrêa – Reacções de oxidação-redução
Reacções de oxidação-redução
Carlos CorrêaDepartamento de Química (FCUP)
Centro de Investigação em Química (CIQ)
Carlos Corrêa – Reacções de oxidação-redução
São reacções em que ocorrem transferências de electrões entre os reagentes.
Exemplificando:
Cu2+(aq) + Fe(s) Cu(s) + Fe2+(aq)
2 e
Oxidante Redutor
Oxidação
Redução
Cu2+(aq) + 2 e- Cu(s)
Fe(s) Fe2+(aq) + 2 e- Oxidação (perda de electrões):
Redução (ganho de electrões):
Carlos Corrêa – Reacções de oxidação-redução
Fe(s) Fe2+(aq)
Cu2+(aq) Cu(s)
Fe(s)
Cu2+(aq)
Cu(s) Esquematicamente:
Cu(s)
Carlos Corrêa – Reacções de oxidação-redução
O2(g) CO2 (g) + H2O(g)
CH4(g) CO2 (g) + H2O(g)
As combustões dos hidrocarbonetos e do gás natural são reacções de oxidação-redução muito comuns.
Estes hidrocarbonetos são oxidados a CO2 e H2O.
Carlos Corrêa – Reacções de oxidação-redução
Ag+(aq)
Cu(s)
Ag(s)
Cu2+(aq)
Cu2+(aq)
Ag(s)
Cu(s) Cu2+(aq)
Ag+(aq) Ag(s)
Esquematicamente:
Oxidação do cobre pelo catião prata
Carlos Corrêa – Reacções de oxidação-redução
2 Ag+(aq) + Cu(s) Cu2+(aq) + 2 Ag(s)
Clicar
Vejamos a prata depositada sobre o cobre
Carlos Corrêa – Reacções de oxidação-redução
É útil ter-se a noção de número de oxidação dos átomos nos diferentes compostos para verificar a ocorrências de reacções de oxidação-redução.
Nos iões monoatómicos, o número de oxidação (n.o.) do átomo é igual à sua carga:
Cu2+ n.o. = +2 Ag+ n.o. = +1S2- n.o. = - 2
Em iões poliatómicos, como Hg22+, o número de
oxidação obtem-se dividindo a carga pelo número de átomos (neste caso, +2 / 2 = +1).
Carlos Corrêa – Reacções de oxidação-redução
Em particulas (iónicas ou não) constituídas por átomos ligados por ligações covalentes, o número de oxidação de um átomo é a carga que esse átomo adquiria se os electrões das várias ligações covalentes fossem atribuídos aos átomos mais electronegativos.
Átomo mais electronegativo
H : Cl:....
FicariaH+ n.o. = +1
n.o. = -1..
:Cl: = Cl¯..
Cloro: Grupo 17 – 7 electrões de valência.Tem um electrão a mais: n.o. = -1.
Electrões atribuídos ao cloro
Ligaçãocovalente
Carlos Corrêa – Reacções de oxidação-redução
H : S : H.... Ficaria H+ n.o. = +1
n.o. = -2
H+ n.o. = +1
:S:....
Enxofre: Grupo 16 – 6 electrões de valência.Tem dois electrões a mais: n.o. = -2.
Sulfureto de hidrogénio, H2S:
Átomo mais electronegativo
Electrões atribuídos ao
enxofreSoma dos
números de oxidação
0 (Zero)
Nas moléculas (neutras), a soma dos números de oxidação é igual zero.
Carlos Corrêa – Reacções de oxidação-redução
H : S :.... Ficaria
H+ n.o. = +1
n.o. = –2:S:....
Nos iões poliatómicos, a soma dos números de oxidação é igual à carga do ião.
Anião hidrogeno sulfureto, HS¯ :
Átomo mais electronegativo
Electrões atribuídos ao
enxofreSoma dos números de oxidação
–1
Carlos Corrêa – Reacções de oxidação-redução
Estabelecimento dos números de oxidação a partir das fórmulas de estrutura: água e peróxido de hidrogénio.
H – O – H..
..H – O – O – H..
..
..
..Electrões atribuídos ao átomo mais
electronegativo
Átomo O rodeado por 8 electrões
(ganhou 2)
n.o. = -2
... ou divididos pelos dois
átomos.
Cada átomo de O rodeado por 7
electrões (ganhou 1)
n.o. = -1
Carlos Corrêa – Reacções de oxidação-redução
Ficaria
H+
n.o. = +6S
Ácido sulfúrico, H2SO4 :
O mais electronegativo
que S
HO : S : O : H..
..O
O
::
::
..
....
..
..
.. O mais electronegativo
que H
n.o. = –2..
:O:..
n.o. = +1
Soma dos números de oxidação de todos os átomos:
2 × (+1) + 1 × (+6) + 4 × (-2) ) = 0
2 H S 4 O
Carlos Corrêa – Reacções de oxidação-redução
Números de oxidação mais vulgares para alguns átomos
Átomos n.o. Exemplos
H 0 , +1 H2, HCl, H2O
O 0 , -2, -1 O2, H2O, H2O2
Metais alcalinos +1 NaCl, K2S
Metais alcalino-terrosos +2 MgCl2, CaSO4
A partitr do conhecimento dos números de oxidaçãodestes átomos é possível, nos vários compostos,
determinar os números de oxidação de outros átomos.
Al +3 AlCl3
Carlos Corrêa – Reacções de oxidação-redução
Carlos Corrêa – Reacções de oxidação-redução
Reacção H2O2 + KI (meio ácido)
H2O2(aq) H2O(l) (g)
I–(aq) I2 (aq)
CLICAR
-1 -2
-1 0
Carlos Corrêa – Reacções de oxidação-redução
CLICAR
H2O2(aq) H2O(l) (g)
H2O2(aq) O2(l) (g)
-1 -2
-1 0
Reacção H2O2 + KI (meio alcalino)
H2O2
Dismutação
O iodeto é o catalisador
Carlos Corrêa – Reacções de oxidação-redução
Peróxido de hidrogénio e iodeto (meio alcalino)
CLICAR
Reacção H2O2 + KI (meio neutro)
Carlos Corrêa – Reacções de oxidação-redução
Calcular o número de oxidação do S no anião sulfato.
Ácido sulfúrico: H2SO4 Anião sulfato: SO42-
SO42-
n.o. = xn.o. = -2
Carga
Como a soma dos números de oxidação de todos os átomos é igual à carga do ião virá:
x + 4 × ( -2) = -2 x = +6
(estes cálculos devem ser feitos mentalmente)
Carlos Corrêa – Reacções de oxidação-redução
Calcular o número de oxidação do N no ácido nítrico.
HNO3
n.o. = xn.o. = +1
Carga nula
Como a soma dos números de oxidação de todos os átomos é igual zero, virá:
x + (+1) + 3 × ( -2) = 0 x = +5
(estes cálculos devem ser feitos mentalmente)
n.o. = -2
Carlos Corrêa – Reacções de oxidação-redução
Oxidação é um aumento do número de oxidação.
Cu2+(aq) + Zn(s) Cu(s) + Zn2+(aq)
2 e
Oxidação
Redução
n.o. = 0 n.o. = +2
n.o. = +2 n.o. = 0
Redução é uma diminuição do número de oxidação.
Outro modo de definir oxidação e redução
Carlos Corrêa – Reacções de oxidação-redução
Oxidação de NaHSO3 por KMnO4 (meio ácido)
KMnO4 (aq)
KMnO4
MnO4¯(aq) Mn2+(aq)
HSO3–(aq) SO4
2– (aq)
+7
+6+4
+2
CLICAR
Carlos Corrêa – Reacções de oxidação-redução
Oxidação de NaHSO3 por KMnO4 (meio alcalino)
MnO4¯(aq) MnO42-(aq)
HSO3–(aq) SO4
2– (aq)
KMnO4
KMnO4 (aq)
Clicar
+4 +6
+6+7
Carlos Corrêa – Reacções de oxidação-redução
Notar que a força dos oxidantes e os produtos das suas reacções dependem da acidez do meio.
Nas reacções observadas, o anião permanganato, MnO4
– (violeta) em meio ácido, originou o catião Mn2+
(solução incolor); em meio alcalino, originou o aníão manganato, MnO4
2–(solução verde).
MnO4¯(aq) Mn2+(aq)
MnO4¯(aq) MnO42-(aq)
Ácido
Alcalino
+7 +2
+6+7
Captado 1 electrão
Captados 5 electrões
Carlos Corrêa – Reacções de oxidação-redução
Vamos escrever as correspondentes equações:
MnO4– + 8 H+ + 5e– Mn2+ + 4 H2O (meio ácido)
MnO4– + e– MnO4
2– (meio alcalino)
HSO3– + H2O SO4
2– + 3 H+ + 2e– (meio ácido)
HSO3– + 3 HO– SO4
2– + 2 H2O + 2e– (meio alcalino)
2 MnO4– + 5 HSO3
– + H+ 2 Mn2+ + 5 SO42– + 3 H2O
(×2)
(×5)
(×2)
(×1)
2 MnO4– + HSO3
– + 3 HO– 2 MnO42– + SO4
2– + 2 H2O
Carlos Corrêa – Reacções de oxidação-redução
MnO4¯(aq) Mn2+(aq)
H2O2(aq) O2 (g)
CLICAR
+7 +2
-1 0
H2O2
Oxidação de H2O2 por KMnO4(meio ácido)
Carlos Corrêa – Reacções de oxidação-redução
Oxidação de H2O2 por KMnO4(meio alcalino)
CLICAR
MnO4¯(aq) MnO2(s)
H2O2(aq) O2 (g)
+7 +4
-1 0
Carlos Corrêa – Reacções de oxidação-redução
Oxidação de H2O2 por KMnO4(meio neutro)
CLICAR
MnO4¯(aq) MnO2(s)
H2O2(aq) O2 (g)
+7 +4
-1 0
H2O2
Carlos Corrêa – Reacções de oxidação-redução
Vamos escrever as correspondentes equações:
MnO4– + 8 H+ + 5e– Mn2+ + 4 H2O (meio ácido)
H2O2 O2 + 2 H+ + 2e– (meio ácido)
(×2)
(×5)
2 MnO4– + 5 H2O2 + 6 H+ 2 Mn2+ + 5 O2 + 8 H2O
MnO4– + 2 H2O + 3e– MnO2+ 4 HO– (meio alcalino)
H2O2 + 2 HO– O2 + 2 H2O + 2e– (meio alcalino)
(×2)
(×3)
2 MnO4– + 3 H2O2 2 Mn2+ + 5 O2 + 2 HO– + 2 H2O
+2+7
+7
-1
0
+4
-1
0
Carlos Corrêa – Reacções de oxidação-redução
Oxidação do Fe(II) por KMnO4 (em meio ácido)
MnO4¯(aq) Mn2+(aq)
Fe 2+(aq) Fe3+ (aq)
CLICAR
+7 +2
+2 +3
Carlos Corrêa – Reacções de oxidação-redução
Oxidação de NaNO2 por KMnO4 (meio ácido)
MnO4– Mn2+(aq)
NO2–(aq) NO3
– (aq)
CLICAR
+7 +2
+3 +5
KMnO4 NaNO2
Carlos Corrêa – Reacções de oxidação-redução
Oxidação de NaNO2 por KMnO4(meio alcalino)
CLICAR
KMnO4
NaNO2
Carlos Corrêa – Reacções de oxidação-redução
Vamos escrever as correspondentes equações:
MnO4– + 8 H+ + 5e– Mn2+ + 4 H2O (meio ácido)
Fe2+ Fe3+ + e– (meio ácido)
(×1)
(×5)
MnO4– + 5 Fe2+ + 8 H+ Mn2+ + 5 Fe3+ + 4 H2O
NO2–
+ H2O NO3– + 2 H+ + 2e– (meio ácido)
(×2)
(×5)
2 MnO4– + 5 NO2
– + 6 H+ 2 Mn2+ + 5 NO3– + 3 H2O
+2+7
+7
+2
+5
+4
+3
+3
MnO4– + 8 H+ + 5e– Mn2+ + 4 H2O (meio ácido)
Carlos Corrêa – Reacções de oxidação-redução
Oxidação de Fe2+ por K2Cr2O7
(meio ácido)
Cr2O72– (aq) Cr3+(aq)
Fe2+(aq) Fe3+ (aq)
+6 +3
+2 +3
CLICAR
Carlos Corrêa – Reacções de oxidação-redução
ÁcidoOxidação de NaHSO3 por K2Cr2O7
(meio ácido)
Cr2O72– (aq) Cr3+(aq)
HSO3–(aq) SO4
2– (aq)
Cr2O72-(aq)
CLICAR
+6 +3
+4 +6
Carlos Corrêa – Reacções de oxidação-redução
Oxidação de H2O2 por K2Cr2O7
(meio ácido)
H2O2
Cr2O72– (aq) Cr3+(aq)
H2O2(aq) O2 (g)
+6 +3
-1 0
CLICAR
Carlos Corrêa – Reacções de oxidação-redução
Vamos escrever as correspondentes equações:
Cr2O72– + 14 H+ + 6e– 2 Cr3+ + 7 H2O (meio ácido)
Fe2+ Fe3+ + e– (meio ácido)
(×1)
(×6)
Cr2O72– + 6 Fe2+ + 14 H+ 2 Cr3+ + 6 Fe3+ + 7 H2O
(×1)
(×3)
Cr2O72– + 3 HSO3
– + 5 H+ 2 Cr3+ + 3 SO42– + 4 H2O
+3+6
+6
+2
+6
+3
+4
+3
HSO3– + H2O SO4
2– + 3 H+ + 2e– (meio ácido)
Cr2O72– + 14 H+ + 6e– 2 Cr3+ + 7 H2O (meio ácido)
Carlos Corrêa – Reacções de oxidação-redução
Cr2O72– + 14 H+ + 6e– 2 Cr3+ + 7 H2O (meio ácido)
Notar que o número de oxidação do Cr passa de +6 a +3 e, como são dois átomos de Cr, o número de
electrões em jogo é de 2 x 3 = 6.
Agora acertam-se as cargas com partículas H+. Terão de ser 14 H+ para dar uma carga 6+ no primeiro
membro da equação (igual à carga 6+ do segundo membro - 2 Cr3+).
Finalmente acertam-se os átomos de hidrogénio: 7 moléculas de água = 14 átomos de hidrogénio.
Acerto de equações de oxidação-redução
Carlos Corrêa – Reacções de oxidação-redução
Este é o melhor método para acertar equações de oxidação-redução:
1 – A partir da variação dos números de oxidação, escrever o número de elctrões em jogo.
2 – Acertar as cargas com H+ ou HO–.
3 – Acertar os átomos de H ou de O.
Experimente e verifique como é fácil e cómodo.
Carlos Corrêa – Reacções de oxidação-redução
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