conceito de oxidação e de redução

15
A.3 Energia Em Reações Química A energia é a capacidade de um sistema para realizar trabalho. Ela não se cria e não se perde mas se transforma. Muitas reação química são usadas somente para obter energia. Os exemplos mais importantes envolvem a ingestão de alimentos, que os seres vivos usam para obter energia, e a utilização de combustiveis, cujo consumo é determinante para a qualidade de vida de populações humanas. A.3.1Reação de Oxidação Redução Reações de oxirredução ocorrem devido à transferência de elétrons entre os reagentes, ocorrendo si-multaneamente um processo de oxidação e um de redução. No processo de oxidação, por envolver perda de elétrons, há aumento do valor relativo da carga elétrica No processo de redução, por envolver ganho de elétrons, há diminuição do valor relativo da carga elétrica A combustão da glicose é uma delas, está ligada á respiração e é traduzida pela equação 3.1.1 Pilhas e Baterias As pilhas e as baterias são exemplos de dispositivos que funcionam com base na transformação de energia química em energia eléctrica. Nos dias de hoje, a vida não se imagina sem estes dispositivos: as lanternas, os telemóveis, os brinquedos e até os carros híbridos ou totalmente movidos com energia elétrica. A primeira pilha foi criada entre 1745-1827, por Alessandro Volta, 1

Upload: silva-gimata

Post on 01-Nov-2014

343 views

Category:

Art & Photos


3 download

DESCRIPTION

materi kimia untuk mengajar sma kelas 2 lima Mei Becora Dili

TRANSCRIPT

Page 1: Conceito de oxidação e de redução

A.3 Energia Em Reações Química

A energia é a capacidade de um sistema para realizar trabalho. Ela não se cria e não se

perde mas se transforma. Muitas reação química são usadas somente para obter energia. Os

exemplos mais importantes envolvem a ingestão de alimentos, que os seres vivos usam para

obter energia, e a utilização de combustiveis, cujo consumo é determinante para a qualidade de

vida de populações humanas.

A.3.1Reação de Oxidação Redução

Reações de oxirredução ocorrem devido à transferência de elétrons entre os reagentes,

ocorrendo si-multaneamente um processo de oxidação e um de redução.

No processo de oxidação, por envolver perda de elétrons, há aumento do valor relativo da

carga elétrica

No processo de redução, por envolver ganho de elétrons, há diminuição do valor relativo

da carga elétrica

A combustão da glicose é uma delas, está ligada á respiração e é traduzida pela equação

3.1.1 Pilhas e Baterias

As pilhas e as baterias são exemplos de dispositivos que funcionam com base na

transformação de energia química em energia eléctrica. Nos dias de hoje, a vida não se imagina

sem estes dispositivos: as lanternas, os telemóveis, os brinquedos e até os carros híbridos ou

totalmente movidos com energia elétrica. A primeira pilha foi criada entre 1745-1827, por

Alessandro Volta, na Italia as pesquisas e estudos realizados por Galvani influenciaram Volta,

que após mais estudos e pesquisas, desenvolveu um dispositivo formado por prata e zinco ou

prata e chumbo ou prata e estanho ou por cobre e estanho.

Você sabe o que ocorre dentro de uma pilha?

As pilhas podem ser pequenas, mas estão longe de possuir uma estrutura simples. As

pilhas são células eletroquímicas com um desenho complexo. A energia química se converte em

energia elétrica por meio de uma reação de redução-oxidação. Esse processo ocorre nas três

partes mais importante da pilha: o ânodo, o cátodo e o eletrólito.

1

Page 2: Conceito de oxidação e de redução

Analisemos o Que se Passa Nesta Pilha:

Ânodo ( polo negativo ) – ocorre a semi reação de oxidação, representada pela equação:

Cátodo (polo positivo) – ocorre a semi reação de redução, representada pela equação:

A reação global é traduzida por uma equação que é a soma destas duas equações das semireações:

Representação Simbólica da Células Galvânicas

Para representar uma células Galvânica há uma simbologia própria para o caso da célula

da figura 3 é seguinte:

As pilhas Comerciais Mais Comuns São de Dois Tipos:

Descartáveis: pilhas que, uma vez descarregadas, não podem ser recarregadas e têm de

ser eliminadas.

Recarregáveis: podem ser recarregadas, se forem ligadas com dispositivos próprios a uma

corrente elétrica, o que permite a sua reutilização

As pilhas descartáveis incluem as pilhas Salinas, as pilhas alcalinas e as pilhas de botão

As pilhas têm sempre um polo positive e um polo negativo

I. Pilhas Salinas

Também se chamam pilhas secas de carbon-zinco ou pilha de MnO2-Zn, São muitos

utilizadas em commando á distância, brinquedos, calculadores e lanternasA pilha seca de

carbono zinco foi uma das mais usadas no século XX, Estas pilhas têm, inicialmente, uma tensão

de 1,5 V, que vai diminuendo durante o seu funcionamento. O invólucro exterior de zinco

deteriora-se rapidamente e liberta liquid para o exterior. Por esta razão, quando não se pretende

usar os equipamentos, estas pilhas não devem ser deixadas dentro deles.A energia elétrica que

este tipo de pilhas fornece deve-se á reação química que ocorre no seu interior:

2

Page 3: Conceito de oxidação e de redução

II. Pilhas Alcalinas

São outra versão de pilha seca, em que em vez do solido NH4Cl contêm KOH ou NaOH

num gelA reação que ocorre numa pilha alcalina pode ser traduzida pela equação química:

Algumas vantagens das pilhas alcalinas em relação ás pilhas Salinas:

Apresetam uma tensão de 1,54V;

Duram mais tempo, em media;

Funcionam melhor a temperaturas baixas;

Não vertem liquido para o exterior

III.Pilhas de Botão

As pilhas de botão são pilhas muito pequenas usadas, por exemplo, em relógios de pulso,

calculadoras e outros aparelhos pequenos.Existem pilhas de botão de vários tamanhos e tipos.

Podem se pilhas de mercúrio, de óxido de prata ou de dioxide de manganês.Na pilha de mercúrio

o ânodo é uma amálgama de Zn e Hg, o cátodo é uma pasta de óxido de mercúrio (II) ligada a

um botão de aço e o electrólito é uma pasta de ZnO e KOH. O recipiente que contém a pilha é do

aço inoxidável. A reação que ocorre numa pilha de mercúrio pode ser traduzida pela equação

química:

A pilha de óxido de prata, apesar de cara (porque contém prata), substituiu a de mercúrio.

Isto porque tem avantagem de não ser poluente e de a sua tensão (1, 5 V) se manter estável

3

Page 4: Conceito de oxidação e de redução

durante um longo periodo de tempo de utilização. Por isso, utilize-se em implantes medicos,

como pacemakers e próteses auditivas, em relógios, calculadores e máquinas fotográficas

A reacção que ocorre numa pilha de óxido de prata pode ser traduzida pela equação química:

As pilhas de litio-manganês existem no Mercado, como não recarregáveis e como

recarregáveis.Têm a vantage de, teoricamente armazenar uma carga eléctrica elevada por

quillograma. Num dos tipos mais comuns, um dos pólos é de dioxide de manganês e outro é de

grafite, numa rede em que há catiões de litio. A baterai é um dispositivo eletroquímico que

permite armazenar energia química para posteriormente se converter em energia elétrica.

IV. Acumulador de Chunbo

Actualmente, estas baterias são constituídas por um conjunto de seis elementos de pilha

de 2V cada ligados em série, perfazendo a força electro motriz (f.e.m) de 12 VCada elemento de

pilha tem um elétrodo de chumbo e outro de chunbo coberto com óxido de chumbo. Estas placas

estão mergulhadas numa solução diluida de ácido sulfurico, que é o eletrólito.A reação global

que ocorre durante a carga de bacteria, ou seja, quando esta fornece corrente eléctrica, é:

O estado de carga da bateria pode ser analisado a concentração ou a densidade da solução

de ácido sulfurico. A concentração deste componente vai recarga contenhoH2SO4 baterai cerca 1,

25 g/ml até 1, 30 g/ml,diminuido até 1, 20 g/ml baterai H2SO4 precisa recarga.

A reação que ocorre na recarga é a inversa da que ocorre na descarga, ou seja:

4

Page 5: Conceito de oxidação e de redução

V. Baterias de Iões Litio

As baterias com iões de lítio vieram substituir as e lítio metálico, pois este oxide-se

facilmente: reage violentamente com água, inflama-se, etc. depois de se registarem acidentes

com a sua utilização em telemóveis, a pilha recarregável de lítio foi retirada do Mercado. A

substituição foi feita com os chamados compostos de intercalação. Estes são formados por

sólidos cristalinos entre os quais existe grafite em que se integra lítio atomico, KOH, MnO2,

Mn(OH)3 e C. equação Química:

5

Page 6: Conceito de oxidação e de redução

3.1.2 Conceito de Oxidação e de Redução

1. Oxidação é processo que resulta na perda de um ou mais electrons pelas substância

(átomos, ions, ou moléculas)

Seu estado de oxidação alfra-se para valores mais positivas

2. Redução é processo que resulta em ganho de um ou mais electrons pelas substâncias

(átomos, ions ou moléculas)

Seu estudo de oxidação atinge valores mais negativas.

Agente oxidante é aquele que aceita electrons e é reduzido durante o processo

Agente redutor é aquele que perde electrons e que se oxide no processo

a. Oxidação é o aumento do número de oxidação

b. Redução é a diminuição do número de oxidação.

Posteriormente, estes conceitos foram alterados, após a descoberta dos eletrões, chegou-

se á conclusão de que as reação de oxidação-redução envolvem a transferência de eletrões de

uma espécie química para outra actualmente, diz-se:

Uma espécie oxide-se quando perde eletrões;

Uma espécie reduz-se quando ganha eletrões

Contudo, a redução não são atos independents, isto é, uma espécie não não se pode oxidar

se uma outra não se reduzir

Voltando ao exemplo do óxido de magnésio

Os eletrões, como qualquer material, não são criados nem destruídos numa reação

6

Page 7: Conceito de oxidação e de redução

química. Assim, a oxidação e a redução têm de estar associadas e o número de eletrões perdidos

por uma espécie tem que ser igual ao número de eletrões ganhos por outras.

No anterior exemplo pode dizer-se que:

magnésio é oxidado e é o agente redutor, pois provoca a redução

O oxigénio é reduzido e é o agente oxidante, pois provoca a oxidação

Em geral, pode dizer-se que:

Numa redução, há ganho de eletrões;

Numa oxidação, há perda de eletrões;

Numa reação de oxidação-redução, há transferência de eletrões da espécie que se oxide, ou

redutor, para a espécie que se reduz, ou oxidante

3.1.3 Número de Oxidação e Estado de Oxidação

Para um dado elemento, se um átomo perder total, ou parcialmente, eletrões transforma-

se num ião positive, ou seja oxide-se.

Para o mesmo element, se um outro átomo ganhar eletrões transforma-se num ião

negative, ou seja, reduz-se.

Um dado elemento pode, assim, aparecer em vários estados de oxidação indicados pelo

chamado número de oxidação.

Número de oxidação de um elemento, numa dada espécie química, é a carga que um

átomo desse elemento adquiriria se os eletrões, em cada ligação, fossem atribuídos ao átomo do

elemento mais eletronegativo. Assim, o número de oxidação é positivo se neste exercício

corresponder a electrões perdidos. Inversamento, é negativo se no mesmo exercício corresponder

a eletrões ganhos.

Existem algumas regras para determinar o número de oxidação (n.o) dos elementos

em substância elementarese em substância compostas:

O número de oxidação de um elemento em substância elementares, por exemplo He, O,

O2, Na, Ca, P4, é zero; em compostos iónicos constituidos por iões mononucleares, os numerous

de oxidação coincide com as cargas dos iões

Exemplo

Composto CaO NaCl MgI2

ião Ca2+ O2- Na+ Cl- Mg2+ I-

carga +2 -2 +1 -1 +2 -1n.o +2 -2 +1 -1 +2 -1

7

Page 8: Conceito de oxidação e de redução

Na generalidade dos compostos o hidrogénio apresenta o número de oxidação +1; esta

regra não se aplica a hidretos nestes o hidrogénio é o elemento mais element mais eletronegativo

e apresenta o número de oxidação -1.

Exemplo

Composto HCl H2SElemento H Cl H S

n.o +1 -1 +1 -2Composto LiH-hidreto de lítio MgH2-hidreto de magnésioElemento Li H Mg H

n.o +1 -1 +2 -1Na generalidade dos compostos o oxigénio apresenta número de oxidação -2; esta regra

não se aplica a peroxides, porque nestes o oxigénio apresenta o número de oxidação -1

Composto H2O Na2Oelemento H O Na O

n.o +1 -2 +1 -2Composto H2O2 – peroxido de hidrogénio Na2O2- peroxido de sódioelemento H O Na O

n.o +1 -1 +1 -1A soma algébrica dos numerous de oxidação de todos os elementos numa molécula de

um composto molecular é iqual a zero; para compostos iónicos e para cada tipo de ião (catião ou

anião), essa soma é igual á carga desse tipo ião

Exemplo

Em CO2, pode determinar-se o número de oxidação do carbon C, por:

em NH4+, pode determinar-se o número de oxidação do netrogénio, N, por:

Para qualquer reação de oxidação redução, podemos analisar como varia o número de oxidação

(n.o.) de cada elemento

8

Page 9: Conceito de oxidação e de redução

Exemplo

Pode concluir se que:

Oxidação corresponde a perda de eletrões por um element numa reação e, por consequência,

ocorre um aumento número de oxidação desse elementos

O ferro Fe, sofreu oxidação, pois perdeu 3 e- ( o seu n.o. various e 0 para +3). O oxigénio, O,

sofreu redução, pois ganhou 2 e- ( o seu n.o. various de O para -2).

O nitrogénio, N, sofreu oxidação, pois o seu n.o. various de -3 para +2. Oxigénio, o sofreu

redução, pois o seu n.o. various de 0 para -2

Recapitulando

Agente redutor é a espécie química que provoca a redução, portanto perde eletrões oxidando se.

assim, o agente redutor é a espécie que contém o elemento que sofre oxidação ( perda de

eletrões).

Agente oxidante é a espécie química que provoca a oxidação, portanto ganha eletrões reduzindo

se. assim, o agente oxidante é a espécie que contem o elemento que sofre redução (ganho de

eletrões).

Assim:

9

Page 10: Conceito de oxidação e de redução

Para reações de oxidação-redução, nas equação acertadas o número total de eletrões

perdidos pelo elemento que sofre oxidação (∆ n.o.) é sempre igual ao total de eletrões recebidos

pelo elemento que sofre redução (∆ n.o.).

3.1.5 Utilização Racional de Pilhas e Baterias: Reduzir, Reutilizar e Reciclar

Um dos maiores problemas das pilhas e baterias recarregáveis está na diminuição de

capacidade provocada por caregamentos inadequandos

Pilhas de níquel-cádmio (Ni-Cd)- estão sujeitas ao chamado efeito de memória, embora

de uma forma menos acentuada ainda 20% da carga, nas próximas recargas só usará 80%. Este

efeito não é tão acentuado se, na primera vez que se usa, se fizer uma carga completa seguida de

uma descarga total. Depois, há que ter o cuidado de as descarregar totalmente, pelo menos de vez

em quando

Pilhas de níquel-hidreto metálico (Ni-MH)- sofrem também efeito de memória, embora

de uma forma menos acentuada que as de níquel-cádmio.

Pilhas de iões litio (ião-Li)- não têm efeito de memória e, ao contrario dos outros tipos de

pilhas, não devem ser totalmente descarregadas, pois isso diminui a sua duração. Se a pilha ou

bateria não for usada durante algum tempo, é melhor não a guarder sem carga, pois isso afetara a

sua duração

Pilhas descartaveis –não devem ser recarregadas, pois podem exploder ! apesar de a

recarga ser teoricamente possivel, a energia acumulada esgotar-se-ia rapidamente

Eis algumas regras úteis na utilização de pilhas:

Utilizar pilhas alcalinas em aparelhos de alto consume e utilização constant, como a

máquina fotográfica, máquina de barbear, ou brinquedos;

Compra pilhas para usar no prazo de um ano, sobretudo as pilhas de zinco e carbon e as

pilhas alcalinas, pois vão perdendo carga mesmo quando não são usadas;

As pilhas recarregáveis não devem sofre grandes variações de temperature, por exemplo,

ficando no interior de um automóvel ao sol, pois isso afeta a sua capacidade de carga;

Tem em conta que as pilhas descartáveis apresentam uma tensãode 1,5 V, mas as pilhas

recarregáveis têm apenas 1,2 V, pelo que alguns aparelhos não funcionam bem com estas

pilhas

10