OXIRREDUÇÃO (REGRAS DO Nox)

- Um material sofrendo combustão (queima); As reações de oxidação e redução, também chamadas de reações redox, são fenômenos muito frequentes no nosso cotidiano. Como exemplo, temos: - Um material sofrendo combustão (queima); Imagem: Sebastian Ritter /  Creative Commons Attribution-Share Alike 2.5 Generic

O processo de enferrujamento do ferro; QUÍMICA, 3ª ANO Oxirredução (Regras do Nox) O processo de enferrujamento do ferro; - A queima (combustão) de combustíveis nos veículos; (a) Imagem: (a): shuets udono from Tokyo, JPN / Creative Commons Attribution-Share Alike 2.0 Generic (b) Imagem: (b): Autor deconhecido / GNU Free Documentation License 3

- Quando se descolore o cabelo com água oxigenada; QUÍMICA, 3ª ANO Oxirredução (Regras do Nox) - Quando se descolore o cabelo com água oxigenada; Imagens: (a): Studio Harcourt Paris / Creative Commons Attribution 3.0 Unported (b): Kt.twentyone /  GNU Free Documentation License (a) (b) 4

QUÍMICA, 3ª ANO Oxirredução (Regras do Nox) - O funcionamento de pilhas e baterias, que movimentam as calculadoras, carros, brinquedos, rádios, televisões e muitas outras coisas. Imagem: Lead holder / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported 5

● Oxidação é a perda de elétrons; ● Redução é o ganho de elétrons. QUÍMICA, 3ª ANO Oxirredução (Regras do Nox) Como definição temos: ● Oxidação é a perda de elétrons; ● Redução é o ganho de elétrons. ● Reações de Oxirredução é quando há transferência de elétrons. 6

QUÍMICA, 3ª ANO Oxirredução (Regras do Nox) Observando a estrutura da matéria, as reações de oxidação e redução envolvem a transferência de elétrons entre os átomos. Contudo, sabe-se que a oxidação e a redução ocorrem juntas na mesma reação química (1). 7

Como exemplo deste fenômeno temos: QUÍMICA, 3ª ANO Oxirredução (Regras do Nox) Como exemplo deste fenômeno temos: O Magnésio (Mg) sofrendo oxidação (perdendo 2 elétrons) e o Oxigênio (O) sofrendo redução (ganhando 2 elétrons). Mg ++O = O Mg 8

QUÍMICA, 3ª ANO Oxirredução (Regras do Nox) Outro exemplo é introduzirmos um fio de zinco (Zn) em uma solução aquosa de sulfato de cobre (CuSO4). Verificamos, após certo tempo, que ocorre a formação de um depósito de cobre e que a solução aos poucos, vai deixando de ser azul, que é característica dos íons Cu2+. Zn(s) + Cu 2+(aq)  Zn2+(aq) + Cu(s) 9

Oxirredução (Regras do Nox) QUÍMICA, 3ª ANO Oxirredução (Regras do Nox) Corrosão de um prego de ferro com fio de cobre enrolado, em meio de agar agar com ferroxil (hexacianoferrato (III) de potássio, indicador de iões ferro, e fenolftaleína, indicador de iões hidróxido). Resultados após 3 dias. Devido à presença de cobre, o ferro é corroído mais rapidamente por sacrifício. O indicador é azul perto do ferro, o que indica libertação de iões ferro para o meio (oxidação do ferro - zona anódica) e rosa perto do cobre, o que indica a libertação de iões hidróxido para o meio (redução do oxigénio - zona catódica) (2). Imagem: Ricardo Maçãs / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported. 10

Podemos representar a reação pela seguinte equação química: QUÍMICA, 3ª ANO Oxirredução (Regras do Nox) Podemos representar a reação pela seguinte equação química: Zn(s) + Cu+2(aq) → Zn+2 (aq) + Cu(s) Assim, temos as seguintes semirreações: ● Semirreação de oxidação: Zn(s) → Zn+2(aq)+ 2 elétrons ● Semirreação de redução: Cu+2(aq) + 2 elétrons → Cu(s) 11

Vamos agora estudar as maneiras de determiná-lo. QUÍMICA, 3ª ANO Oxirredução (Regras do Nox) Podemos notar que, devido à transferência de elétrons, ocorreu uma mudança na carga elétrica das espécies químicas. Essas cargas elétricas são denominadas número de oxidação (Nox). O conhecimento do número de oxidação é de grande importância para o entendimento dos processos de óxido-redução (3). Vamos agora estudar as maneiras de determiná-lo. 12

Número de Oxidação (Nox) QUÍMICA, 3ª ANO Oxirredução (Regras do Nox) Número de Oxidação (Nox) No caso dos compostos iônicos, chama-se Número de Oxidação (Nox) a própria carga elétrica do íon, ou seja, o número de elétrons que o átomo realmente perdeu ou ganhou (4). No MgO (óxido de magnésio) Mg+2: Nox = +2 O-2: Nox = -2 13

QUÍMICA, 3ª ANO Oxirredução (Regras do Nox) Nos compostos covalentes, não há um átomo que perca e outro que ganhe elétrons, já que os átomos estão apenas compartilhando elétrons. Entretanto, podemos estender o conceito de número de oxidação também para os compostos covalentes (5). 14

QUÍMICA, 3ª ANO Oxirredução (Regras do Nox) Dizendo que: Seria a carga elétrica teórica que o átomo iria adquirir se houvesse quebra da ligação covalente, ficando os elétrons com o átomo mais eletronegativo (6). F,O,N,Cl,Br,I,S,C,P,H 15

QUÍMICA, 3ª ANO Oxirredução (Regras do Nox) Por exemplo: No ácido clorídrico (HCℓ), o cloro é mais eletronegativo que o hidrogênio e, em consequência, atrai o par eletrônico covalente para o seu lado. δ- δ+ H Cl H Cl 16

No HCℓ (ácido clorídrico) QUÍMICA, 3ª ANO Oxirredução (Regras do Nox) Se, por influência externa, houver uma ruptura dessa ligação, é evidente que o par eletrônico ficará com o cloro (7). Então: No HCℓ (ácido clorídrico) H+1: Nox = +1 Cℓ-1: Nox =-1 17

QUÍMICA, 3ª ANO Oxirredução (Regras do Nox) Dado o conceito de número de oxidação (Nox), podemos ampliar o conceito de oxidação e redução dizendo (8): Oxidação é a perda de elétrons ou aumento do número de oxidação de um elemento. Redução é o ganho de elétrons ou diminuição do número de oxidação de um elemento. 18

Esquematicamente temos: QUÍMICA, 3ª ANO Oxirredução (Regras do Nox) Esquematicamente temos: -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 Nox. Oxidação Redução 19

REGRAS PARA A DETERMINAÇÃO DO Nox QUÍMICA, 3ª ANO Oxirredução (Regras do Nox) REGRAS PARA A DETERMINAÇÃO DO Nox É fácil calcular o Nox de um elemento que aparece numa substância, sem que seja necessário construir as fórmulas eletrônicas dos compostos, usando as seguintes regras: 20

1ª regra: O Nox de cada átomo em uma substância simples é sempre zero. QUÍMICA, 3ª ANO Oxirredução (Regras do Nox) 1ª regra: O Nox de cada átomo em uma substância simples é sempre zero. Neste caso, como os átomos apresentam a mesma eletronegatividade, numa eventual quebra da ligação, nenhum perde ou ganha elétrons (9). Exemplos: O2, O3, P4, S8, Cgraf, Cdiam 2ª regra: O Nox de um íon monoatômico é sempre igual à sua própria carga. K+ Ba2+ F– N3– Nox: +1 +2 –1 –3 21

Metais Alcalinos-terrosos (2A) QUÍMICA, 3ª ANO Oxirredução (Regras do Nox) 3ª regra: Existem elementos que apresentam Nox fixo em seus compostos. (10) Metais Alcalinos (1A) (Li, Na, K, Rb Cs e Fr) Nox = + 1 Exemplo: K2SO4. Metais Alcalinos-terrosos (2A) (Be, Mg, Ca, Sr, Ba e Ra) Nox = + 2 Exemplo: CaO. Zn (zinco) Exemplo: ZnSO4. Ag (prata) Exemplo: AgCℓ. Al (alumínio) Nox = + 3 Exemplo: Aℓ2O3. 22

QUÍMICA, 3ª ANO Oxirredução (Regras do Nox) 4ª regra: O Nox do elemento hidrogênio (H), nas substâncias compostas, é geralmente +1. HBr H2SO4 C6H12O6 Nox: +1 +1 +1 Quando o hidrogênio estiver ligado a metal, formando hidretos metálicos, seu Nox é -1 . NaH CaH2 Nox: –1 –1 23

Nos peróxidos (O2)2–, o Nox do oxigênio é -1. QUÍMICA, 3ª ANO Oxirredução (Regras do Nox) 5ª regra: O Nox do elemento oxigênio (O), na maioria dos seus compostos, é -2. CO H2O H2SO4 C6H12O6 Nox: –2 –2 –2 –2 No composto fluoreto de oxigênio (OF2), como o flúor é mais eletronegativo, o Nox do oxigênio é + 2: OF2 Nox: +2 Nos peróxidos (O2)2–, o Nox do oxigênio é -1. H2O2 Na2O2 Nox: +1 -1 +1 -1 +2 -2 +2 -2 Soma dos Nox: Zero Zero 24

QUÍMICA, 3ª ANO Oxirredução (Regras do Nox) 6ª regra: Os halogênios apresentam Nox = - 1, quando formam compostos binários (2 elementos), nos quais são mais eletronegativos (12). HCl MnBr2 CF4 Nox = –1 –1 –1 7ª regra: A soma dos Nox de todos os átomos constituintes de um composto iônico ou molecular é sempre zero (13). HCl CaO CO NaCl Nox: +1 - 1 +1 - 1 +2 - 2 +2 - 2 Soma dos Nox: Zero Zero Zero Zero 25

● Determinação do Nox do fósforo (P) no H3PO4: H → Nox = +1 QUÍMICA, 3ª ANO Oxirredução (Regras do Nox) Conhecendo essas regras, podemos calcular o Nox de muitos outros elementos (14). Exemplo 1: ● Determinação do Nox do fósforo (P) no H3PO4: H → Nox = +1 P → Nox = X O → Nox = -2 H 3 P O 4 3.( + 1 ) + X + 4.( - 2 ) = 0 X = + 5 26

● Determinação do Nox do Cromo (Cr) no K2Cr2O7: K → Nox = + 1 QUÍMICA, 3ª ANO Oxirredução (Regras do Nox) Exemplo 2: ● Determinação do Nox do Cromo (Cr) no K2Cr2O7: K → Nox = + 1 Cr → Nox = X O → Nox = - 2 K2 Cr2 O7 2.( + 1 ) + 2.X + 7.( - 2 ) = 0 X = + 6 (Nox do Cr). 27

● Determinação do Nox do fósforo (P) no P2O7- 4 : P → Nox = x QUÍMICA, 3ª ANO Oxirredução (Regras do Nox) 8ª regra: Num íon composto, o somatório dos Nox é igual à carga do íon. Exemplo 3: ● Determinação do Nox do fósforo (P) no P2O7- 4 : P → Nox = x O → Nox = - 2 P2 O74- 2.X + 7.( - 2 ) = - 4 X = + 5 (Nox do P). 28

Variação do Nox nas Reações de Óxido-redução QUÍMICA, 3ª ANO Oxirredução (Regras do Nox) Variação do Nox nas Reações de Óxido-redução Observando o exemplo da reação entre o cobre (Cu) e a solução aquosa de nitrato de prata (AgNO3) e associando-o ao conceito de Nox, temos (15) : ● semirreação em que ocorre perda de elétrons é denominada reação de oxidação. ● semirreação em que ocorre ganho de elétrons é denominada reação de redução. Cu Cu2+ + 2e- 2Ag+ + 2e- 2 Ag Perda de e- +2 +1 Ganho de e- Nox Oxidação Aumento do Nox Redução Diminuição do Nox 29

QUÍMICA, 3ª ANO Oxirredução (Regras do Nox) Com isso, temos: O cobre (Cu) sofre oxidação e é denominado agente redutor, pois, ao ceder elétrons aos íons prata (Ag+), provoca sua redução (16). - Os íons prata (Ag+) sofrem redução e agem como agente oxidante, pois, ao receberem elétrons do cobre (Cu), provocam sua oxidação. Cu: perde elétrons Sofre oxidação Agente redutor Ag+: ganha elétrons Sofre redução Agente Oxidante 30

QUÍMICA, 3ª ANO Oxirredução (Regras do Nox) Com isso, verificamos a importância das reações redox e aprendemos as regras e mecanismos de como calcular o número de oxidação (Nox) das substâncias iônicas e moleculares.

QUÍMICA, 3ª ANO Oxirredução (Regras do Nox) Referência Bibliográfica: FELTRE, Ricardo, Química. 6. ed. São Paulo: Moderna, 2004. FLEURY. Eduardo; MORTIMER, A. H. Química, 2: ensino médio. São Paulo: Scipione, 2010. SALVADOR, Edgard; USBERCO, João. Química. Volume único. 5. ed. reform. São Paulo: Saraiva, 2002.

Tabela de Imagens Slide Autoria / Licença Link da Fonte Data do Acesso   2 Sebastian Ritter /  Creative Commons Attribution-Share Alike 2.5 Generic http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Streichholz.jpg 17/04/2012 3a shuets udono from Tokyo, JPN / Creative Commons Attribution-Share Alike 2.0 Generic http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Rusty_pincers.jpg 3b Autor deconhecido / GNU Free Documentation License http://commons.wikimedia.org/wiki/File:MotoX_racing.jpg 4a Studio Harcourt Paris / Creative Commons Attribution 3.0 Unported http://commons.wikimedia.org/wiki/File:COTE_Laurence-24x30-1997.jpg 4b Kt.twentyone /  GNU Free Documentation License http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Left.jpg 5 Lead holder / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Batteries_comparison_4,5_D_C_AA_AAA_AAAA_A23_9V_CR2032_LR44_matchstick-1.jpeg 10 Ricardo Maçãs / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported. http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Corros%C3%A3o_de_ferro_por_sacrif%C3%ADcio_em_contacto_com_cobre.jpg 18/04/2012