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Reações químicas: oxirredução, balanceamento e redox

Reações químicas: oxirredução, balanceamento e redox

As reações de oxirredução envolvem transferência de elétrons entre espécies químicas. Isso significa que há variação no número de oxidação das espécies participantes.

REAÇÕES DE OXIRREDUÇÃO

Em toda reação de oxirredução, uma espécie perde elétrons, enquanto outra espécie recebe elétrons. O número de elétrons perdidos deve ser sempre igual ao número de elétrons recebidos.

O fenômeno da perda de elétrons é chamado de oxidação, enquanto o fenômeno do ganho de elétrons é chamado de redução. Perder elétrons implica no aumento do número de oxidação, enquanto ganhar elétrons implica na redução do número de oxidação.

A espécie que sofre oxidação é chamada de redutora, ou de agente redutor. Isso porque uma espécie, ao sofrer oxidação, causa, simultaneamente, a redução da outra espécie. Isso também vale para a que sofre redução; esta, por sua vez, é chamada de oxidante, ou de agente oxidante. A explicação para esses nomes é análoga à situação anterior.

Assim, é razoável definir como um agente a substância que contém o elemento que foi reduzido ou oxidado. Note, portanto, que a definição de agente oxidante/redutor é diferente da definição de elemento oxidante/redutor.

Exemplos:

Zn + 2 HCl → ZnCl2 + H2

Observe que o número de oxidação do zinco aumentou, Zn0 → Zn2+.

Assim, o Zn sofreu oxidação, e, consequentemente, é o agente redutor. Já o hidrogênio teve seu número de oxidação reduzido, H+ → H0. Assim, o H sofreu redução, e, consequentemente, o HCl é o agente redutor.

OBSERVAÇÃO

A formação da ferrugem se dá a partir da oxidação do ferro metálico, Fe0. Na presença de oxigênio e da umidade (ou seja, da água) presentes no ar o ferro sofre oxidação, perdendo elétrons e indo de Fe0 → Fe2+ ou Fe3+, caso ocorra a oxidação novamente.

2 Fe + O2 + 2 H2O → 2 Fe(OH)2

Observe que nessa reação o ferro atua como agente redutor, sofrendo a oxidação (Fe0 → Fe2+), e causando a redução do oxigênio (O0 → O2-)

A presença da ferrugem é percebida pela formação de um sólido acobreado, que indica que o ferro metálico sofreu deterioração.

Nas regiões litorâneas a formação de ferrugem é muito mais comum, em função da elevada concentração de vapor d’água no ar.

Porém, existem formas de se evitar a formação de ferrugem: a utilização de impermeabilizantes como tintas e óleos, ou até mesmo a partir da adição de camadas de metais tais como cromo, ou zinco, que são agentes mais resistentes à corrosão.

A ferrugem é identificada pela presença de um sólido acobreado

MnO2 + 4 HCl → MnCl2 + 2 H2O + Cl2

Observe que o número de oxidação do manganês diminuiu, Mn4+ → Mn2+. Assim, o Mn sofreu redução, sendo, portanto, o MnO2 como agente oxidante. Já o cloro teve seu número de oxidação aumentado em uma unidade, Cl-1 → Cl0. Assim, o Cl sofreu oxidação, e, consequentemente, o HCl é o agente redutor.

BALANCEAMENTO PELO MÉTODO REDOX

Além do método da tentativa para balanceamento de equações químicas, tem-se também o método redox, que permite realizar o balanceamento a partir das semirreações de oxidação e redução. Esse método é muito útil em casos onde balancear pelo método das tentativas se torna mais complexo. Vale frisar que este método é válido apenas para reações químicas onde ocorre oxirredução.

A seguir, tem-se um passo-a-passo que pode ser seguido para balancear as equações químicas a partir do método redox:

1. Determinar o NOx dos elementos que participam das reações de redução e oxidação;

2. Calcular a variação do NOx, em módulo, para a redução e para a oxidação;

∆NOx = | maior NOx – menor NOx | . atomicidade

Importante frisar que é de suma importância considerar a atomicidade dos elementos, de maneira a preservar a quantidade de elétrons participantes da reação.

1. Se certificar de que o número de elétrons perdidos pela espécie oxidada é igual ao número de elétrons ganhos pela espécie reduzida.

2. Inverter os valores de ∆: o calculado para a redução será o coeficiente da espécie oxidada, e o ∆ da oxidação será o coeficiente da espécie reduzida.

– A inversão deve ocorrer no membro que apresentar maior quantidade de átomos participantes da oxirredução;

– Se esse número for igual dos dois lados, inverter no membro que possui mais substâncias diferentes.

3. Determinar os demais coeficientes pelo método da tentativa.

4. Nos casos de o balanceamento ser exclusivamente para equilibrar as cargas, verificar se as cargas dos reagentes anulam as dos produtos.

Exemplos:

Cl2(g) + KBr(aq) → Br2(g) + KCl(aq)

Espécie reduzida: Cl               ∆NOx Cl = |0 – 1|. 2 = 2

Espécie oxidada: Br               ∆NOx Br = |- 1 – 0 . 2| = 2

Cl2(g) + 2 KBr(aq) → Br2(g) + 2 KCl(aq)

Observe que, nesse caso, não foi necessário colocar os dois coeficientes no primeiro membro, uma vez que ajustando um em cada membro, a equação ficou corretamente balanceada. Assim, vale frisar que a manipulação dos valores de ∆ irá depender caso a caso.

KMnO4 + HCl → KCl + MnCl2 + H2 O + Cl2

Espécie reduzida: Mn            ∆NOx Mn = |7 – 2| = 5

Espécie oxidada: Cl               ∆NOx Cl = |- 1 – 0| . 2 = 2

Note que o número de espécies participantes da redução é igual dos dois lados. Logo, irá se posicionar os valores de ∆ no segundo membro, pois há maior diversidade de substâncias:

KMnO4 + HCl → KCl + 2 MnCl2 + H2O + 5 Cl2

Finalizando por tentativa, tem-se que:

2 KMnO4 + 16 HCl → 2 KCl + 2 MnCl2 + 8 H2O + 5 Cl2

Já com relação ao balanceamento de cargas, deve-se atentar para a necessidade do somatório das cargas ser igual a zero:

Al(s) + Cu2+(aq) → Al3+(aq) + Cu(s)

Espécie reduzida: Cu           ∆NOx Al = |3 – 0| = 3

Espécie oxidada: Al              ∆NOx Cu= |2 – 0| = 2

Assim, o “3” será o coeficiente do Cu2+, enquanto o “2” será o coeficiente do Al(s):

2 Al(s) + 3 Cu2+(aq) → 2 Al3+(aq) + 3 Cu(s)

Note que do lado dos reagentes há um total de carga igual a +6, e do lado dos produtos também igual a +6. Isso significa que o número de elétrons perdidos e recebidos é igual, o que garante que o balanceamento foi realizado corretamente.