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07/04/2022 1 Oxirredução Oxidação e redução • Quando um metal sofre corrosão, ele perde elétrons e forma cátions: Ca(s) +2H+(aq) Ca2+(aq) + H2(g) • Oxidado: o átomo, a molécula ou o íon torna-se mais carregado positivamente. – A oxidação é a perda de elétrons. • Reduzido: o átomo, a molécula ou o íon torna-se menos carregado positivamente. – Redução é o ganho de elétrons. Reações oxirredução 1 2 07/04/2022 2 Reações oxirredução Números de oxidação • O número de oxidação para um íon: é a carga no íon. • O número de oxidação para um átomo: é a carga hipotética que um átomo teria se fosse um íon. • Os números de oxidação são determinados por uma série de regras: 1. Se o átomo estiver em sua forma elementar, o número de oxidação é zero. Por exemplo, Cl2, H2, P4. 2. Para um íon monoatômico, a carga no íon é o estado de oxidação. Reações oxirredução 3 4 07/04/2022 3 Números de oxidação 1. Os não-metais normalmente têm números de oxidação negativos: a) O número de oxidação do O geralmente é –2. O íon peróxido, O22-, tem oxigênio com um número de oxidação de –1. b) O número de oxidação do H é +1 quando ligado a não- metais e –1 quando ligado a metais. c) O número de oxidação do F é –1. 2. A soma dos números de oxidação para o átomo é a carga na molécula (zero para uma molécula neutra). Reações oxirredução Determine o Nox para: Fe2 (SO4 )3 Pb(NO3 ) 2 Ca3 (PO4)2 Al2 (SO4 ) 3 5 6 07/04/2022 4 Oxidação de metais por ácidos e sais • Os metais são oxidados por ácidos para formarem sais: Mg(s) +2HCl(aq) MgCl2(aq) + H2(g) • Durante a reação, 2H+(aq) é reduzido para H2(g). • Os metais também podem ser oxidados por outros sais: Fe(s) +Ni2+(aq) Fe2+(aq) + Ni(s) • Observe que o Fe é oxidado para Fe2+ e o Ni2+ é reduzido para Ni. Reações oxirredução Série de atividade • Alguns metais são facilmente oxidados; outros, não. • Série de atividade: é uma lista de metais organizados em ordem decrescente pela facilidade de oxidação. • Quanto mais no topo da tabela estiver o metal, mais ativo ele é. • Qualquer metal pode ser oxidado pelos íons dos elementos abaixo dele. Reações oxirredução 7 8 07/04/2022 5 • O Zn adicionado ao HCl produz a reação espontânea Zn(s) + 2H+(aq) Zn2+(aq) + H2(g). • O número de oxidação do Zn aumentou de 0 para 2+. • O número de oxidação do H reduziu de 1+ para 0. • O Zn é oxidado a Zn2+ enquanto o H+ é reduzido a H2. • O H+ faz com que o Zn seja oxidado e é o agente de oxidação. • O Zn faz com que o H+ seja reduzido e é o agente de redução. • Observe que o agente de redução é oxidado e o agente de oxidação é reduzido. Reações de oxiredução 9 10 07/04/2022 6 Considere as reações representadas pelas seguintes equações químicas balanceadas: Qual das opções abaixo se refere às reações de oxirredução? a) I e II. b) I e III. c) III e IV. d) I, III e IV. e) I, II, III e IV. • Lei da conservação de massa: a quantidade de cada elemento presente no início da reação deve estar presente no final. • Conservação da carga: os elétrons não são perdidos em uma reação química. Semi-reações • As semi-reações são um meio conveniente de separar reações de oxidação e de redução. Balanceamento de equações de oxirredução 11 12 07/04/2022 7 Semi-reações • As semi-reações para Sn2+(aq) + 2Fe3+(aq) Sn4+(aq) + 2Fe3+(aq) são Sn2+(aq) Sn4+(aq) +2e- 2Fe3+(aq) + 2e- 2Fe2+(aq) • Oxidação: os elétrons são produtos. • Redução: os elétrons são reagentes. Balanceamento de equações de oxirredução 1. Assinale os números de oxidação dos elementos que são oxidados ou reduzidos. 2. Divida a reação em duas meias-reações, uma envolvendo oxidação e a outra redução. 3. Para cada meia-reação, faça o balanço do número de átomos que são oxidados ou reduzidos. 4. Faça o balanço dos elétrons envolvidos na variação do número de oxidação adicionando elétrons a um lado de cada meia- reação. 5. Faça o balanço dos átomos de oxigênio adicionando H2O a um lado de cada meia- reação. 6. Faça o balanço dos átomos de H adicionando H+ a um lado de cada meia-reação. 7. Multiplique cada meia-reação pelo número de elétrons da outra meia-reação, de modo que o número de elétrons de cada lado da reação global seja cancelado. A seguir, some as duas meias-reações e simplifique até os menores coeficientes inteiro Regras de Balanceamento 13 14 07/04/2022 8 Etapa 1: Atribua os estados de oxidação a todos os átomos e identifique as substâncias que são oxidadas e reduzidas. Etapa 2: Separe a reação global em duas meias reações: uma para a oxidação e uma para a redução. Etapa 3: Balanceie cada meia reação em relação à massa, na ordem vista a seguir: • Balanceie todos os elementos, a não ser o H e o O. • Balanceie o O adicionando H2O. • Balanceie o H adicionando H+. Todos os elementos, exceto o H e o O, estão balanceados; então, prossiga para balancear o H e o O. Etapa 4: Balanceie cada meia reação em relação à carga, adicionando elétrons. (Torne o somatório das cargas, em ambos os lados da equação, igual, adicionando tantos elétrons quantos forem necessários.) 15 16 07/04/2022 9 Etapa 5: Iguale o número de elétrons em ambas as meias reações, multiplicando uma ou ambas as meias reações por um número inteiro pequeno. Etapa 6: Some as duas meias reações, cancelando elétrons e outras espécies, se necessário. Etapa 7: Verifique se a reação está balanceada em relação à massa e em relação à carga. Balanceie a equação de oxido-redução a seguir. 17 18 07/04/2022 10 Etapa 5: Iguale o número de elétrons em ambas as meias reações, multiplicando uma ou ambas as meias reações por um número inteiro pequeno. Etapa 6: Some as duas meias reações, cancelando elétrons e outras espécies, se necessário. ___ Fe3+ (aq) + ___ Cl- (aq) → ___ Fe(s) + ___Cl2(g) _2__ Fe3+ (aq) + _6__ Cl- (aq) → _2_ Fe(s) + _3__Cl2(g) Equação balanceada Escrever as semi-reações e balancear para quantidades iguais de elétrons transferidos e recebidos 19 20 07/04/2022 11 Balanceamento de equações pelo método das semi-reações • Considere a titulação de uma solução ácida de Na2C2O4 (oxalato de sódios, incolor) com KMnO4 (violeta escuro). • O MnO4- é reduzido a Mn2+ (rosa claro) enquanto o C2O42- é oxidado a CO2. • O ponto de equivalência é dado pela presença de uma cor rosa claro. • Se mais KMnO4 é adicionado, a solução passa para púrpura devido ao excesso de KMnO4. Balanceamento de equações de oxirredução Balanceamento de equações pelo método das semi-reações • Qual é a equação química balanceada? 1. Escreva as duas semi-reações. 2. Faça o balanceamento de cada semi-reação: a. Primeiro com elementos diferentes de H e O. b. Depois faça o balanceamento do O adicionando água. c. Depois faça o balanceamento do H adicionando H+. d. Termine fazendo o balanceamento de cargas adicionando elétrons. Balanceamento de equações de oxirredução 21 22 07/04/2022 12 Balanceamento de equações pelo método das semi-reações 3. Multiplique cada semi-reação para fazer com que o número de elétrons seja igual. 4. Adicione as reações e simplifique. 5. Confira! Para KMnO4 + Na2C2O4: Balanceamento de equações de oxirredução Balanceamento de equações pelo método das semi-reações As duas semi-reações incompletas são MnO4-(aq) Mn2+(aq) C2O42-(aq) 2CO2(g) 2. A adição de água e H+ produz 8H+ + MnO4-(aq) Mn2+(aq) + 4H2O • Existe uma carga 7+ à esquerda e 2+ à direita. Consequentemente, precisam ser adicionados 5 elétrons à esquerda : 5e- + 8H+ + MnO4-(aq) Mn2+(aq) + 4H2O Balanceamento de equações de oxirredução 23 24 07/04/2022 13 Balanceamento de equações pelo método das semi-reações • Na reação do oxalato, existe uma carga 2- à esquerda e uma carga 0 à direita, logo, precisamos adicionar dois elétrons: C2O42-(aq) 2CO2(g) + 2e- 3. Para fazer o balanceamento dos 5 elétrons para o permanganato e 2 elétrons para o oxalato, precisamos de 10 elétrons para ambos. A multiplicação fornece : 10e- + 16H++ 2MnO4-(aq) 2Mn2+(aq) + 8H2O 5C2O42-(aq) 10CO2(g) + 10e- Balanceamento de equações de oxirredução Balanceamento de equações pelo método das semi-reações 4. A adição fornece: 16H+(aq) + 2MnO4-(aq) + 5C2O42-(aq) 2Mn2+(aq) + 8H2O(l) + 10CO2(g) 5. Que está balanceada! Balanceamento de equações de oxirredução 25 26 07/04/2022 14 Balanceamento de equações pelo método das semi-reações Observação Para reações em soluções básicas: • Usamos OH- e H2O, em vez de H+ e H2O. • O mesmo método anterior é usado, mas o OH- é adicionado para “neutralizar” o H+ usado. Balanceamento de equações de oxirredução Cr2 O7 -2 + Sn+2 → Cr3+ + Sn4+ .............. meio ácido HClO + Br2 → BrO3 - + Cl- ........................ meio ácido 27 28 07/04/2022 15 Cr2 O7 -2 + Sn+2 → Cr3+ + Sn4+ .............. meio ácido HClO + Br2 → BrO3 - + Cl- ........................ meio ácido Al + H2O → Al(OH)4 - + H2 ....................... meio básico MnO4 - + NO2 - → MnO2 + NO3 - ...................... meio básico 29 30 07/04/2022 16 Al + H2O → Al(OH)4 - + H2 ....................... meio básico MnO4 - + NO2 - → MnO2 + NO3 - ...................... meio básico As titulações por oxi-redução baseiam-se em reações de oxidação e redução, ou seja, reações de transferência de elétrons. Nestas reações existem espécies oxidantes (removem elétrons) e espécies redutoras (doam elétrons). Titulações de oxirredução 31 32 07/04/2022 17 SEMI-REAÇÕES Um reação global de oxidação-redução pode ser dividida em dois componentes denominadas de semi-reações ou semi-equações que demostram qual espécie recebe elétrons e qual espécie doa elétrons. Titulações de oxirredução Titulações de oxirredução 33 34