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Reacções de oxidação- redução Oxidação-redução. A origem dos termos oxidação e redução, deve-se a Lavoisier, e reside na participação de oxigénio em certas.

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1 Reacções de oxidação- redução Oxidação-redução

2 A origem dos termos oxidação e redução, deve-se a Lavoisier, e reside na participação de oxigénio em certas reações. Assim: Oxidação: Reação de combinação de um elemento ou composto com o oxigénio para dar um óxido.

3 O termo redução tem a ver originariamente com a diminuição do conteúdo de oxigénio num composto. Depois da descoberta dos eletrões os químicos chegaram à conclusão de que as reações de oxidação- redução envolvem a transferência de eletrões de uma espécie química para outra.

4 Por exemplo:  A oxidação envolve cedência de eletrões.  A redução envolve ganho de eletrões.  A perda e o ganho de eletrões são processos independentes que ocorrem em simultâneo  Uma vez que a cedência de eletrões por uma substância implica a aceitação por parte de outra as reações são de oxidação-redução ou redox.

5 Quando se introduz um prego de ferro numa solução aquosa de iões cobre (II), Cu 2+ (aq), forma-se um depósito de cobre sobre o prego de ferro. Tal acontece porque iões Cu 2+ (aq) são reduzidos a cobre metálico, Cu (s). Em simultâneo o ferro metálico, Fe (s) é oxidado a iões ferro (II), Fe 2+ (aq), que passam à solução.

6 Fe(s) → Fe 2+ (aq) +2e - equação da semi-equação de oxidação Cu 2+ (aq) + 2 e - → Cu(s) Equação da semi-equação de redução

7 Os pares Fe 2+ /Fe e Cu 2+ /Cu constituem pares conjugados de oxidação-redução. O ferro metálico, Fe (s), foi a espécie redutora porque ao ceder 2 eletrões reduziu o catião cobre; O ferro metálico é a espécie oxidada. Par conjugado de oxidação-redução- par de espécies químicas que se podem transformar uma na outra por perda ou ganho de electrões.

8 O catião cobre, Cu 2+, é a espécie oxidante pois ao receber dois eletrões provoca a oxidação do ferro metálico a catião ferro (II), Fe 2+ ; O catião cobre é a espécie reduzida. O oxidante é a espécie que numa reação química recebe eletrões e ao receber eletrões é reduzida. O redutor é a espécie que numa reação química cede electrões e ao ceder eletrões é oxidada. Por outro lado,

9 Como atribuir o estado de oxidação a um elemento? É possível conhecer o estado de oxidação de um elemento através do seu número de oxidação Número de oxidação de um elemento – carga elétrica que o átomo do elemento adquire se os eletrões de cada ligação forem atribuídos ao átomo mais eletronegativo. Um átomo é tanto mais eletronegativo, quanto maior capacidade tiver para atrair os eletrões de uma ligação.

10 Regras para determinar números de oxidação

11 O conhecimento dos números de oxidação estabelece uma definição mais geral de oxidação redução.  Uma oxidação implica um aumento do número de oxidação.  Uma redução implica uma diminuição do número de oxidação.

12 A espécie cujo número de oxidação aumenta é a espécie oxidada → actua como redutor. O redutor perde eletrões A espécie cujo número de oxidação diminui é a espécie reduzida → actua como oxidante O oxidante ganha eletrões

13 Resumindo… Para uma reação redox genérica, com oxidação de A e redução de B +, vem: REDUÇÃO OXIDAÇÃO EspécieTerminologia AOxida-seÉ oxidada Sofre oxidação Provoca a redução de outra espécie É redutora B+B+ Reduz-seÉ reduzida Sofre redução Provoca a oxidação de outra espécie É oxidante

14 Que relação há entre um bom redutor e o oxidante conjugado? Os metais dos grupos 1, 2 e 13 são todos redutores : libertam facilmente eletrões. Se o sódio apresenta facilidade em libertar eletrões, o ião Na + deverá ser “mau” a captar eletrões.

15 Contrariamente se O 2 tem grande afinidade para eletrões, o ião O 2- terá dificuldade em libertá-los Conclusão:

16 Como se poderá comparar o poder redutor relativo de três metais? Verifica-se se ocorre reação quando se põe em contacto, dois a dois, um metal com o catião de outro metal Exemplo: 1- Que acontece quando se mistura num cadinho e se aquece, alumínio em pó com óxido de ferro (III)?

17 Como interpretar esta reação?  O alumínio (Al) é oxidado a Al 2 O 3, o que significa que o óxido de ferro (III), Fe 2 O 3, deve ser o oxidante.  O Fe 2 O 3 é reduzido a ferro metálico, o que significa que o alumínio deve ser o redutor.  Como numa reação de oxidação-redução um redutor é sempre transformado no seu oxidante conjugado, os produtos da reação incluem um novo oxidante (Al 2 O 3 ) e um novo redutor (Fe) Redutor forte tem um oxidante conjugado fraco Oxidante forte tem um redutor conjugado fraco

18 Como a reação observada ocorre no sentido direto, em extensão apreciável, podemos afirmar: Se o alumínio reduz Fe 2 O 3 para obter Al 2 O 3 e ferro metálico, então o alumínio (Al) deve ser um redutor mais forte que o ferro (Fe). 2- Será o sódio metálico suficientemente forte para reduzir um sal de alumínio a alumínio metálico? A temperaturas elevadas verifica-se que o sódio metálico pode reduzir o cloreto de alumínio (AlCl 3 ) a alumínio metálico (Al), sendo oxidado a Na + (NaCl)

19 Conclusão: Se o sódio é suficientemente forte para reduzir sais de Al 3+ a alumínio metálico e se o alumínio metálico é suficientemente forte para reduzir sais de Fe 3+ a ferro metálico, então podemos ordenar estes redutores por ordem crescente das suas forças relativas: Na> Al > Fe

20 Existem tabelas que ordenam de forma crescente ou decrescente os redutores/ oxidantes e que permitem decidir quem tem mais poder redutor/oxid ante

21 Previsão da ocorrência de uma reação de oxidação – redução: Q1: Será que o catião prata e o ferro reagem entre si? Ou será mais provável a prata reduzir o catião ferro (II)? Ag + + Fe → ? Ou Ag + Fe 2+ → ? Consultando a tabela anterior vemos que o ferro tem um poder redutor maior do que a prata (Ag) ou que o catião Ag + é mais oxidante que o catião Fe 2+ Assim a reação que terá lugar será: 2 Ag + + Fe → 2 Ag + Fe 2+

22 Q2. Será que o cálcio metálico reage com o ácido clorídrico? Ca(s) + HCl(aq) →? Ca(s) + H + (aq) + Cl - (aq) →? Qual dos pares conjugados, H + / H 2 ou Ca 2+ /Ca pertence á espécie que tem mais poder redutor? Consultando a tabela anterior Ca é redutor mais forte que H 2. Assim o catião H + é oxidante mais forte que Ca 2+ ; o cálcio reage com o ácido clorídrico. Ca (s) + 2 H + (aq) → Ca 2+ (aq) + H 2 (g)

23 Q3:Que acontece quando se coloca um fio de cobre dentro de uma solução de nitrato de prata, AgNO 3 ? Partículas intervenientes Cobre – Cu(s) AgNO 3 (aq) →Ag + (aq) +NO 3 - (aq) Será que o cobre se dissolve? Consultando a série electroquímica: O cobre é um redutor mais forte do que Ag e Ag + é um oxidante mais forte que Cu 2+

24 A redução ocorre: Sobre o fio de cobre deposita-se prata metálica, o cobre dissolve-se e a solução começa a adquirir a cor azul.

25 Relativamente aos gobelés A e B em que sentido é espontânea a reação?

26 De acordo com a série eletroquímica, constatamos que o Zn(s) tem maior poder redutor do que o Fe(s); O Fe 2+ (aq) é um oxidante mais forte do que o Zn 2+ (aq) Então a reação: Zn(s) + Fe 2+ (aq) Zn 2+ (aq) + Fe(s) Será espontânea no sentido direto (e não no sentido inverso) Assim, há deposição de ferro no gobelé A, enquanto que no gobelé B não se observa reação

27 Relativamente aos gobelés C e D em que sentido é espontânea a reação? De acordo com a série eletroquímica: Fe(s) tem maior poder redutor do que o Cu(s); O Cu 2+ (aq) é um oxidante mais forte do que Fe 2+ (aq) A reação é espontânea no sentido no inverso ( e não no sentido direto), sentido em que se observa a deposição de cobre no gobelé D. No gobelé C não ocorre reação

28 Será que o papel de alumínio ajuda a recuperar o cobre existente na solução sob a forma de Cu 2+ (aq)

29 Se atendermos à série eletroquímica: O alumínio, Al(s), tem maior poder redutor que o Cu(s). Então a reação em B É espontânea no sentido direto, sentido em que se observa a deposição de cobre no gobelé, ao mesmo tempo em que a solução se torna mais clara.

30 Será possível evitar a corrosão de metais protegendo-os com outros metais?  Proteção catódica usa-se um metal com maior poder redutor do que o metal a proteger. Por que razão se protegem os cascos dos navios com zinco? Este processo tem a ver com o facto de existirem metais com maior poder redutor do que outros. Como o zinco tem maior poder redutor do que o ferro oxida-se mais facilmente.

31  Alguns metais como o alumínio e o zinco formam camadas autoprotetoras (óxidos) que aderem ao metal.  Os metais que se corroem facilmente como o ferro podem também ser protegidos por outros metais como o níquel que não é tão passível de corrosão, apesar de ter poder redutor menor do que o ferro.  Em algumas situações usa-se um metal mais ativo como, por exemplo, o magnésio, que é corroído preferencialmente em relação ao ferro, por apresentar maior poder redutor.


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