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Carlos Corrêa – Reacções de oxidação- redução Reacções de oxidação- redução Carlos Corrêa Departamento de Química (FCUP) Centro de Investigação em Química (CIQ)

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Page 1: Carlos Corrêa – Reacções de oxidação-redução Reacções de oxidação-redução Carlos Corrêa Departamento de Química (FCUP) Centro de Investigação em Química

Carlos Corrêa – Reacções de oxidação-redução

Reacções de oxidação-redução

Carlos CorrêaDepartamento de Química (FCUP)

Centro de Investigação em Química (CIQ)

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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):

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Carlos Corrêa – Reacções de oxidação-redução

Fe(s) Fe2+(aq)

Cu2+(aq) Cu(s)

Fe(s)

Cu2+(aq)

Cu(s) Esquematicamente:

Cu(s)

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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.

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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

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Carlos Corrêa – Reacções de oxidação-redução

2 Ag+(aq) + Cu(s) Cu2+(aq) + 2 Ag(s)

Clicar

Vejamos a prata depositada sobre o cobre

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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).

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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

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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.

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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

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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

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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

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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

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Carlos Corrêa – Reacções de oxidação-redução

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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

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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

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Carlos Corrêa – Reacções de oxidação-redução

Peróxido de hidrogénio e iodeto (meio alcalino)

CLICAR

Reacção H2O2 + KI (meio neutro)

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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)

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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)

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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

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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

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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

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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

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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

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Carlos Corrêa – Reacções de oxidação-redução

Oxidação de NaNO2 por KMnO4(meio alcalino)

CLICAR

KMnO4

NaNO2

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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)

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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

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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

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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

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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)

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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

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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.

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Carlos Corrêa – Reacções de oxidação-redução