Slide 1

Carlos Corrêa – Reacções de oxidação-redução
Reacções de
oxidação-redução
Carlos Corrêa
Departamento de Química (FCUP)
Centro de Investigação em Química (CIQ)
Carlos Corrêa – Reacções de oxidação-redução
São reacções em que ocorrem transferências de
electrões entre os reagentes.
Exemplificando:
Oxidação
2e
Cu2+(aq) + Fe(s)  Cu(s) + Fe2+(aq)
Oxidante
Redutor
Redução
Oxidação (perda de electrões): Fe(s)  Fe2+(aq) + 2 eRedução (ganho de electrões): Cu2+(aq) + 2 e-  Cu(s)
Carlos Corrêa – Reacções de oxidação-redução
Fe(s)
Cu(s)
Cu2+(aq)
Esquematicamente:
Fe(s)
Fe2+(aq)
Cu2+(aq)
Cu(s)
Cu(s)
Carlos Corrêa – Reacções de oxidação-redução
As combustões dos hidrocarbonetos e do gás natural
são reacções de oxidação-redução muito comuns.
O2(g)
CO2 (g) + H2O(g)
CH4(g)
CO2 (g) + H2O(g)
Estes hidrocarbonetos são oxidados a CO2 e H2O.
Carlos Corrêa – Reacções de oxidação-redução
Oxidação do cobre pelo catião prata
Cu(s)
Ag+(aq)
Esquematicamente:
Cu(s)
Cu2+(aq)
Ag+(aq)
Ag(s)
Cu2+(aq)
Ag(s)
Cu2+(aq)
Ag(s)
Carlos Corrêa – Reacções de oxidação-redução
2 Ag+(aq) + Cu(s)  Cu2+(aq) + 2 Ag(s)
Vejamos a prata depositada sobre o cobre
Clicar
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. = +1
S2-  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).
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.
Electrões
atribuídos ao cloro
..
:
H : Cl
..
Ligação
covalente
Ficaria
Átomo mais
electronegativo
H+
..
¯
:Cl:
.. = Cl
n.o. = +1
n.o. = -1
Cloro: Grupo 17 – 7 electrões de valência.
Tem um electrão a mais: n.o. = -1.
Carlos Corrêa – Reacções de oxidação-redução
Sulfureto de hidrogénio, H2S:
Átomo mais
electronegativo
..
H:S
.. : H
Electrões
atribuídos ao
enxofre
Ficaria
H+
n.o. = +1
H+
..
:S:
..
n.o. = +1
Soma dos
números de
oxidação
n.o. = -2
0 (Zero)
Enxofre: Grupo 16 – 6 electrões de valência.
Tem dois electrões a mais: n.o. = -2.
Nas moléculas (neutras), a soma dos
números de oxidação é igual zero.
Carlos Corrêa – Reacções de oxidação-redução
Anião hidrogeno sulfureto, HS¯ :
Átomo mais
electronegativo
..
H:S
.. :
Electrões
atribuídos ao
enxofre
Ficaria
H+
..
:S:
..
Soma dos
números de
oxidação
n.o. = +1
n.o. = –2
–1
Nos iões poliatómicos, a soma dos
números de oxidação é igual à carga do ião.
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
Electrões
atribuídos ao
átomo mais
electronegativo
Átomo O rodeado
por 8 electrões
(ganhou 2)
n.o. = -2
.. ..
H–O
.. – O
.. – H
... ou divididos
pelos dois
átomos.
Cada átomo de O
rodeado por 7
electrões (ganhou 1)
n.o. = -1
Carlos Corrêa – Reacções de oxidação-redução
Ácido sulfúrico, H2SO4 :
O mais
electronegativo
que S
..
:O:
.. .. ..
Ficaria
HO
:
S
:
O
:
H
.. .. ..
:O:
O mais
..
electronegativo
H+
..
:O:
..
n.o. = +1
S
n.o. = +6
n.o. = –2
que H
Soma dos números de oxidação de todos os átomos:
2 × (+1) + 1 × (+6) + 4 × (-2) ) = 0
2H
S
4O
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
+1
O2, H2O, H2O2
NaCl, K2S
Metais alcalinos
Metais alcalino-terrosos
+2
MgCl2, CaSO4
Al
+3
AlCl3
A partitr do conhecimento dos números de oxidação
destes átomos é possível, nos vários compostos,
determinar os números de oxidação de outros átomos.
Carlos Corrêa – Reacções de oxidação-redução
Carlos Corrêa – Reacções de oxidação-redução
Reacção H2O2 + KI (meio ácido)
-2
-1
H2O2(aq)
-1
I–(aq)
H2O(l) (g)
0
I2 (aq)
CLICAR
Carlos Corrêa – Reacções de oxidação-redução
Reacção H2O2 + KI (meio alcalino)
Dismutação
-2
-1
H2O2(aq)
-1
H2O2(aq)
H2O(l) (g)
0
O2(l) (g)
H2O2
O iodeto é o catalisador
CLICAR
Carlos Corrêa – Reacções de oxidação-redução
Peróxido de hidrogénio
(meio neutro)
alcalino)
Reacção HeOiodeto
+ KI (meio
2
2
CLICAR
Carlos Corrêa – Reacções de oxidação-redução
Calcular o número de oxidação do S no anião sulfato.
Ácido sulfúrico: H2SO4
Anião sulfato: SO42-
SO42Carga
n.o. = x
n.o. = -2
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)
Carlos Corrêa – Reacções de oxidação-redução
Calcular o número de oxidação do N no ácido nítrico.
n.o. = -2
HNO3
Carga nula
n.o. = +1
n.o. = x
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)
Carlos Corrêa – Reacções de oxidação-redução
Outro modo de definir oxidação e redução
Oxidação é um aumento do número de oxidação.
n.o. = 0
Oxidação
n.o. = +2
2e
Cu2+(aq) + Zn(s)  Cu(s) + Zn2+(aq)
n.o. = +2
Redução
n.o. = 0
Redução é uma diminuição do número de oxidação.
Carlos Corrêa – Reacções de oxidação-redução
Oxidação de NaHSO3 por KMnO4 (meio ácido)
+7
+2
MnO4¯(aq)
+4
HSO3–(aq)
Mn2+(aq)
+6
SO42– (aq)
CLICAR
KMnO4
KMnO4 (aq)
Carlos Corrêa – Reacções de oxidação-redução
Oxidação de NaHSO3 por KMnO4 (meio alcalino)
+7
MnO4¯(aq)
+4
HSO3–(aq)
+6
MnO42-(aq)
+6
SO42– (aq)
Clicar
KMnO4
KMnO4 (aq)
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, MnO42–(solução verde).
Captados 5 electrões
+7
Ácido
+2
MnO4¯(aq)  Mn2+(aq)
+7
Alcalino
+6
MnO4¯(aq)  MnO42-(aq)
Captado 1 electrão
Carlos Corrêa – Reacções de oxidação-redução
Vamos escrever as correspondentes equações:
(×2) MnO4– + 8 H+ + 5e–  Mn2+ + 4 H2O (meio ácido)
(×5) HSO3– + H2O  SO42– + 3 H+ + 2e– (meio ácido)
2 MnO4– + 5 HSO3– + H+  2 Mn2+ + 5 SO42– + 3 H2O
(×2) MnO4– + e–  MnO42– (meio alcalino)
(×1) HSO3– + 3 HO–  SO42– + 2 H2O + 2e– (meio alcalino)
2 MnO4– + HSO3– + 3 HO–  2 MnO42– + SO42– + 2 H2O
Carlos Corrêa – Reacções de oxidação-redução
Oxidação de H2O2 por KMnO4(meio ácido)
+7
+2
MnO4¯(aq)
Mn2+(aq)
-1
H2O2(aq)
0
O2 (g)
CLICAR
H2O2
Carlos Corrêa – Reacções de oxidação-redução
Oxidação de H2O2 por KMnO4(meio alcalino)
+7
+4
MnO4¯(aq)
MnO2(s)
-1
H2O2(aq)
0
O2 (g)
CLICAR
Carlos Corrêa – Reacções de oxidação-redução
Oxidação de H2O2 por KMnO4(meio neutro)
+7
+4
MnO4¯(aq)
MnO2(s)
-1
0
H2O2(aq)
O2 (g)
CLICAR
H2O2
Carlos Corrêa – Reacções de oxidação-redução
Vamos escrever as correspondentes equações:
+7
+2
(×2) MnO4– + 8 H+ + 5e–  Mn2+ + 4 H2O (meio ácido)
-1
0
H2O2  O2 + 2 H+ + 2e– (meio ácido)
(×5)
2 MnO4– + 5 H2O2 + 6 H+  2 Mn2+ + 5 O2 + 8 H2O
+4
+7
(×2) MnO4– + 2 H2O + 3e–  MnO2+ 4 HO– (meio alcalino)
(×3)
-1
H2O2 + 2
HO–
0
 O2 + 2 H2O + 2e– (meio alcalino)
2 MnO4– + 3 H2O2  2 Mn2+ + 5 O2 + 2 HO– + 2 H2O
Carlos Corrêa – Reacções de oxidação-redução
Oxidação do Fe(II) por KMnO4 (em meio ácido)
+7
+2
MnO4¯(aq)
Mn2+(aq)
+2
Fe
2+(aq)
+3
Fe3+ (aq)
CLICAR
Carlos Corrêa – Reacções de oxidação-redução
Oxidação de NaNO2 por KMnO4 (meio ácido)
+2
+7
MnO4–
+3
NO2
–(aq)
KMnO4
Mn2+(aq)
+5
NO3– (aq)
NaNO2
CLICAR
Carlos Corrêa – Reacções de oxidação-redução
Oxidação de NaNO2 por KMnO4(meio alcalino)
KMnO4
NaNO2
CLICAR
Carlos Corrêa – Reacções de oxidação-redução
Vamos escrever as correspondentes equações:
+7
+2
(×1) MnO4– + 8 H+ + 5e–  Mn2+ + 4 H2O (meio ácido)
+2
+3
Fe2+  Fe3+ + e– (meio ácido)
(×5)
MnO4– + 5 Fe2+ + 8 H+  Mn2+ + 5 Fe3+ + 4 H2O
+7
(×2)
MnO4–
+3
(×5)
+8
H+
+
5e–
+4
 Mn2+ + 4 H2O (meio ácido)
+5
NO2– + H2O  NO3– + 2 H+ + 2e– (meio ácido)
2 MnO4– + 5 NO2– + 6 H+ 2 Mn2+ + 5 NO3– + 3 H2O
Carlos Corrêa – Reacções de oxidação-redução
Oxidação de Fe2+ por K2Cr2O7
(meio ácido)
+6
Cr2O72– (aq)
+2
Fe2+(aq)
+3
Cr3+(aq)
+3
Fe3+ (aq)
CLICAR
Carlos Corrêa – Reacções de oxidação-redução
Oxidação de NaHSO
Ácido
3 por K2Cr2O7
(meio ácido)
+6
Cr2O72– (aq)
+4
+3
Cr3+(aq)
+6
HSO3–(aq)
SO42– (aq)
Cr2O72-(aq)
CLICAR
Carlos Corrêa – Reacções de oxidação-redução
Oxidação de H2O2 por K2Cr2O7
(meio ácido)
+6
Cr2O72– (aq)
-1
H2O2(aq)
+3
Cr3+(aq)
0
O2 (g)
H2O2
CLICAR
Carlos Corrêa – Reacções de oxidação-redução
Vamos escrever as correspondentes equações:
+6
+3
(×1) Cr2O72– + 14 H+ + 6e–  2 Cr3+ + 7 H2O (meio ácido)
+2
Fe2+
(×6)
+3
 Fe3+ + e– (meio ácido)
Cr2O72– + 6 Fe2+ + 14 H+  2 Cr3+ + 6 Fe3+ + 7 H2O
+3
+6
(×1) Cr2O72– + 14 H+ + 6e–  2 Cr3+ + 7 H2O (meio ácido)
+4
+6
(×3) HSO3– + H2O  SO42– + 3 H+ + 2e– (meio ácido)
Cr2O72– + 3 HSO3– + 5 H+  2 Cr3+ + 3 SO42– + 4 H2O
Carlos Corrêa – Reacções de oxidação-redução
Acerto de equações 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.
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.
Carlos Corrêa – Reacções de oxidação-redução