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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.

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

2 Carlos Corrêa – Reacções de oxidação-redução São reacções em que ocorrem transferências de electrões entre os reagentes. Exemplificando: Cu 2+ (aq) + Fe(s) Cu(s) + Fe 2+ (aq) 2 e OxidanteRedutor Oxidação Redução Cu 2+ (aq) + 2 e - Cu(s) Fe(s) Fe 2+ (aq) + 2 e - Oxidação (perda de electrões): Redução (ganho de electrões):

3 Carlos Corrêa – Reacções de oxidação-redução Fe(s) Fe 2+ (aq) Cu 2+ (aq) Cu(s) Fe(s) Cu 2+ (aq) Cu(s) Esquematicamente: Cu(s)

4 Carlos Corrêa – Reacções de oxidação-redução O 2 (g) CO 2 (g) + H 2 O(g) CH 4 (g) CO 2 (g) + H 2 O(g) As combustões dos hidrocarbonetos e do gás natural são reacções de oxidação-redução muito comuns. Estes hidrocarbonetos são oxidados a CO 2 e H 2 O.

5 Carlos Corrêa – Reacções de oxidação-redução Ag + (aq) Cu(s) Ag(s) Cu 2+ (aq) Ag(s) Cu(s) Cu 2+ (aq) Ag + (aq) Ag(s) Esquematicamente: Oxidação do cobre pelo catião prata

6 Carlos Corrêa – Reacções de oxidação-redução 2 Ag + (aq) + Cu(s) Cu 2+ (aq) + 2 Ag(s) Clicar Vejamos a prata depositada sobre o cobre

7 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: Cu 2+ n.o. = +2 Ag + n.o. = +1 S 2- n.o. = - 2 Em iões poliatómicos, como Hg 2 2+, o número de oxidação obtem-se dividindo a carga pelo número de átomos (neste caso, +2 / 2 = +1).

8 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 :.. Ficaria H+H+ 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 Ligação covalente

9 Carlos Corrêa – Reacções de oxidação-redução H : S : H.. Ficaria H+H+ n.o. = +1 n.o. = -2 H+H+ n.o. = +1 :S:.. Enxofre: Grupo 16 – 6 electrões de valência. Tem dois electrões a mais: n.o. = -2. Sulfureto de hidrogénio, H 2 S: Átomo mais electronegativo Electrões atribuídos ao enxofre Soma dos números de oxidação 0 (Zero) Nas moléculas (neutras), a soma dos números de oxidação é igual zero.

10 Carlos Corrêa – Reacções de oxidação-redução H : S :.. Ficaria H+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 enxofre Soma dos números de oxidação –1–1

11 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. = ou divididos pelos dois átomos. Cada átomo de O rodeado por 7 electrões (ganhou 1) n.o. = -1

12 Carlos Corrêa – Reacções de oxidação-redução Ficaria H+H+ n.o. = +6 S Ácido sulfúrico, H 2 SO 4 : 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

13 Carlos Corrêa – Reacções de oxidação-redução Números de oxidação mais vulgares para alguns átomos Átomosn.o.Exemplos H 0, +1H 2, HCl, H 2 O O 0, -2, -1O 2, H 2 O, H 2 O 2 Metais alcalinos +1 NaCl, K 2 S Metais alcalino-terrosos +2 MgCl 2, CaSO 4 A partitr do conhecimento dos números de oxidação destes átomos é possível, nos vários compostos, determinar os números de oxidação de outros átomos. Al +3 AlCl 3

14 Carlos Corrêa – Reacções de oxidação-redução

15 Reacção H 2 O 2 + KI (meio ácido) H 2 O 2 (aq) H 2 O(l) (g) I – (aq) I 2 (aq) CLICAR -2 0

16 Carlos Corrêa – Reacções de oxidação-redução CLICAR H 2 O 2 (aq) H 2 O(l) (g) H 2 O 2 (aq) O 2 (l) (g) -2 0 Reacção H 2 O 2 + KI (meio alcalino) H2O2H2O2 Dismutação O iodeto é o catalisador

17 Carlos Corrêa – Reacções de oxidação-redução Peróxido de hidrogénio e iodeto (meio alcalino) CLICAR Reacção H 2 O 2 + KI (meio neutro)

18 Carlos Corrêa – Reacções de oxidação-redução Calcular o número de oxidação do S no anião sulfato. Ácido sulfúrico: H 2 SO 4 Anião sulfato: SO 4 2- SO 4 2- n.o. = x n.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)

19 Carlos Corrêa – Reacções de oxidação-redução Calcular o número de oxidação do N no ácido nítrico. HNO3HNO3 n.o. = x n.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

20 Carlos Corrêa – Reacções de oxidação-redução Oxidação é um aumento do número de oxidação. Cu 2+ (aq) + Zn(s) Cu(s) + Zn 2+ (aq) 2 e Oxidação Redução n.o. = 0 n.o. = +2 n.o. = 0 Redução é uma diminuição do número de oxidação. Outro modo de definir oxidação e redução

21 Carlos Corrêa – Reacções de oxidação-redução Oxidação de NaHSO 3 por KMnO 4 (meio ácido) KMnO 4 (aq) KMnO 4 MnO 4 ¯(aq) Mn 2+ (aq) HSO 3 – (aq) SO 4 2– (aq) CLICAR

22 Carlos Corrêa – Reacções de oxidação-redução Oxidação de NaHSO 3 por KMnO 4 (meio alcalino) MnO 4 ¯(aq) MnO 4 2- (aq) HSO 3 – (aq) SO 4 2– (aq) KMnO 4 KMnO 4 (aq) Clicar

23 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, MnO 4 – (violeta) em meio ácido, originou o catião Mn 2+ (solução incolor); em meio alcalino, originou o aníão manganato, MnO 4 2– (solução verde). MnO 4 ¯(aq) Mn 2+ (aq) MnO 4 ¯(aq) MnO 4 2- (aq) Ácido Alcalino Captado 1 electrão Captados 5 electrões

24 Carlos Corrêa – Reacções de oxidação-redução Vamos escrever as correspondentes equações: MnO 4 – + 8 H + + 5e – Mn H 2 O (meio ácido) MnO 4 – + e – MnO 4 2– (meio alcalino) HSO 3 – + H 2 O SO 4 2– + 3 H + + 2e – (meio ácido) HSO 3 – + 3 HO – SO 4 2– + 2 H 2 O + 2e – (meio alcalino) 2 MnO 4 – + 5 HSO 3 – + H + 2 Mn SO 4 2– + 3 H 2 O (×2) (×5) (×2) (×1) 2 MnO 4 – + HSO 3 – + 3 HO – 2 MnO 4 2– + SO 4 2– + 2 H 2 O

25 Carlos Corrêa – Reacções de oxidação-redução MnO 4 ¯(aq) Mn 2+ (aq) H 2 O 2 (aq) O 2 (g) CLICAR H2O2H2O2 Oxidação de H 2 O 2 por KMnO 4 (meio ácido)

26 Carlos Corrêa – Reacções de oxidação-redução Oxidação de H 2 O 2 por KMnO 4 (meio alcalino) CLICAR MnO 4 ¯(aq) MnO 2 (s) H 2 O 2 (aq) O 2 (g)

27 Carlos Corrêa – Reacções de oxidação-redução Oxidação de H 2 O 2 por KMnO 4 (meio neutro) CLICAR MnO 4 ¯(aq) MnO 2 (s) H 2 O 2 (aq) O 2 (g) H2O2H2O2

28 Carlos Corrêa – Reacções de oxidação-redução Vamos escrever as correspondentes equações: MnO 4 – + 8 H + + 5e – Mn H 2 O (meio ácido) H 2 O 2 O H + + 2e – (meio ácido) (×2) (×5) 2 MnO 4 – + 5 H 2 O H + 2 Mn O H 2 O MnO 4 – + 2 H 2 O + 3e – MnO HO – (meio alcalino) H 2 O HO – O H 2 O + 2e – (meio alcalino) (×2) (×3) 2 MnO 4 – + 3 H 2 O 2 2 Mn O HO – + 2 H 2 O

29 Carlos Corrêa – Reacções de oxidação-redução Oxidação do Fe(II) por KMnO 4 (em meio ácido) MnO 4 ¯(aq) Mn 2+ (aq) Fe 2+ (aq) Fe 3+ (aq) CLICAR

30 Carlos Corrêa – Reacções de oxidação-redução Oxidação de NaNO 2 por KMnO 4 (meio ácido) MnO 4 – Mn 2+ (aq) NO 2 – (aq) NO 3 – (aq) CLICAR KMnO 4 NaNO 2

31 Carlos Corrêa – Reacções de oxidação-redução Oxidação de NaNO 2 por KMnO 4 (meio alcalino) CLICAR KMnO 4 NaNO 2

32 Carlos Corrêa – Reacções de oxidação-redução Vamos escrever as correspondentes equações: MnO 4 – + 8 H + + 5e – Mn H 2 O (meio ácido) Fe 2+ Fe 3+ + e – (meio ácido) (×1) (×5) MnO 4 – + 5 Fe H + Mn Fe H 2 O NO 2 – + H 2 O NO 3 – + 2 H + + 2e – (meio ácido) (×2) (×5) 2 MnO 4 – + 5 NO 2 – + 6 H + 2 Mn NO 3 – + 3 H 2 O MnO 4 – + 8 H + + 5e – Mn H 2 O (meio ácido)

33 Carlos Corrêa – Reacções de oxidação-redução Oxidação de Fe 2+ por K 2 Cr 2 O 7 (meio ácido) Cr 2 O 7 2– (aq) Cr 3+ (aq) Fe 2+ (aq) Fe 3+ (aq) CLICAR

34 Carlos Corrêa – Reacções de oxidação-redução Ácido Oxidação de NaHSO 3 por K 2 Cr 2 O 7 (meio ácido) Cr 2 O 7 2– (aq) Cr 3+ (aq) HSO 3 – (aq) SO 4 2– (aq) Cr 2 O 7 2- (aq) CLICAR

35 Carlos Corrêa – Reacções de oxidação-redução Oxidação de H 2 O 2 por K 2 Cr 2 O 7 (meio ácido) H2O2H2O2 Cr 2 O 7 2– (aq) Cr 3+ (aq) H 2 O 2 (aq) O 2 (g) CLICAR

36 Carlos Corrêa – Reacções de oxidação-redução Vamos escrever as correspondentes equações: Cr 2 O 7 2– + 14 H + + 6e – 2 Cr H 2 O (meio ácido) Fe 2+ Fe 3+ + e – (meio ácido) (×1) (×6) Cr 2 O 7 2– + 6 Fe H + 2 Cr Fe H 2 O (×1) (×3) Cr 2 O 7 2– + 3 HSO 3 – + 5 H + 2 Cr SO 4 2– + 4 H 2 O HSO 3 – + H 2 O SO 4 2– + 3 H + + 2e – (meio ácido) Cr 2 O 7 2– + 14 H + + 6e – 2 Cr H 2 O (meio ácido)

37 Carlos Corrêa – Reacções de oxidação-redução Cr 2 O 7 2– + 14 H + + 6e – 2 Cr H 2 O (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 Cr 3+ ). Finalmente acertam-se os átomos de hidrogénio: 7 moléculas de água = 14 átomos de hidrogénio. Acerto de equações de oxidação-redução

38 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.

39 Carlos Corrêa – Reacções de oxidação-redução


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