Cincias da Natureza e suas Tecnologias QUMICA Ensino

Ciências da Natureza e suas Tecnologias – QUÍMICA Ensino Médio, Série – 3ª Série OXIRREDUÇÃO (REGRAS DO Nox)

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 QUÍMICA, 3ª ANO Oxirredução (Regras do Nox)

QUÍMICA, 3ª ANO Oxirredução (Regras do Nox) - O processo de enferrujamento do ferro; (a) Imagem: (a): shuets udono from Tokyo, JPN / Creative Commons Attribution-Share Alike 2. 0 Generic - A queima (combustão) de combustíveis nos veículos; (b) Imagem: (b): Autor deconhecido / GNU Free Documentation License

Imagens: (a): Studio Harcourt Paris / Creative Commons Attribution 3. 0 Unported (b): Kt. twentyone / GNU Free Documentation License QUÍMICA, 3ª ANO Oxirredução (Regras do Nox) - Quando se descolore o cabelo com água oxigenada; (a) (b)

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

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.

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).

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

QUÍMICA, 3ª ANO Oxirredução (Regras do Nox) Outro exemplo é introduzirmos um fio de zinco (Zn) em uma solução aquosa de sulfato de cobre (Cu. SO 4). 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 Cu 2+. Zn(s) + Cu 2+(aq) Zn 2+(aq) + Cu(s)

QUÍMICA, 3ª ANO Oxirredução (Regras do Nox) Corrosão de um prego de ferro com fio de cobre enrolado, em meio de 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.

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)

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.

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 Mg. O (óxido de magnésio) Mg+2: Nox = +2 O-2: Nox = -2

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).

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).

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+ H Cl H δ- Cl

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

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.

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

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: O 2, O 3, P 4, S 8, Cgraf, Cdiam 2ª regra: O Nox de um íon monoatômico é sempre igual à sua própria carga. K+ Nox: +1 Ba 2+ +2 F– – 1 N 3– – 3

QUÍMICA, 3ª ANO Oxirredução (Regras do Nox) 3ª regra: Existem elementos que apresentam Nox fixo em seus compostos. (10) Metais Alcalinos (1 A) (Li, Na, K, Rb Cs e Fr) Nox = + 1 Exemplo: K 2 SO 4. Nox = + 1 Metais Alcalinos-terrosos (2 A) (Be, Mg, Ca, Sr, Ba e Ra) Nox = + 2 Exemplo: Ca. O. Nox = + 2 Zn (zinco) Nox = + 2 Exemplo: Zn. SO 4. Nox = + 2 Ag (prata) Nox = + 1 Exemplo: Ag. Cℓ. Nox = + 1 Al (alumínio) Nox = + 3 Exemplo: Aℓ 2 O 3. Nox = + 3

QUÍMICA, 3ª ANO Oxirredução (Regras do Nox) 4ª regra: O Nox do elemento hidrogênio (H), nas substâncias compostas, é geralmente +1. Nox: HBr +1 H 2 SO 4 +1 C 6 H 12 O 6 +1 Quando o hidrogênio estiver ligado a metal, formando hidretos metálicos, seu Nox é -1. Nox: Na. H – 1 Ca. H 2 – 1

QUÍMICA, 3ª ANO Oxirredução (Regras do Nox) 5ª regra: O Nox do elemento oxigênio (O), na maioria dos seus compostos, é -2. CO H 2 SO 4 C 6 H 12 O 6 Nox: – 2 – 2 No composto fluoreto de oxigênio (OF 2), como o flúor é mais eletronegativo, o Nox do oxigênio é + 2: OF 2 Nox: +2 Nos peróxidos (O 2)2–, o Nox do oxigênio é -1. Nox: Soma dos Nox: H 2 O 2 Na 2 O 2 +1 -1 +2 -2 Zero

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). Nox = HCl – 1 Mn. Br 2 – 1 CF 4 – 1 7ª regra: A soma dos Nox de todos os átomos constituintes de um composto iônico ou molecular é sempre zero (13). Na. Cl HCl Ca. O CO Nox: +1 - 1 +2 - 2 Soma dos Nox: Zero

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 H 3 PO 4: H → Nox = +1 P → Nox = X O → Nox = -2 H 3 P O 4 3. ( + 1 ) + X + 4. ( - 2 ) = 0 X = + 5

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

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 P 2 O 7 - 4 : P → Nox = x O → Nox = - 2 P 2 O 74 - 2. X + 7. ( - 2 ) = - 4 X = + 5 (Nox do P).

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 (Ag. NO 3) 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 Nox 0 Cu 2+ + 2 e. Perda de e- +2 Oxidação Aumento do Nox 2 Ag+ + 2 e- +1 2 Ag Ganho de e. Redução Diminuição do Nox 0

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 Ag+: ganha elétrons Sofre redução Agente redutor Agente Oxidante

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 2 3 a 3 b 4 a 4 b 5 10 Autoria / Licença Link da Fonte Data do Acesso Sebastian Ritter / Creative Commons Attribution http: //commons. wikimedia. org/wiki/File: Streich 17/04/2012 -Share Alike 2. 5 Generic holz. jpg shuets udono from Tokyo, JPN / Creative http: //commons. wikimedia. org/wiki/File: Rusty_ 17/04/2012 Commons Attribution-Share Alike 2. 0 Generic pincers. jpg Autor deconhecido / GNU Free Documentation http: //commons. wikimedia. org/wiki/File: Moto. X 17/04/2012 License _racing. jpg Studio Harcourt Paris / Creative http: //commons. wikimedia. org/wiki/File: COTE_L 17/04/2012 Commons Attribution 3. 0 Unported aurence-24 x 30 -1997. jpg Kt. twentyone / GNU Free Documentation 17/04/2012 License http: //commons. wikimedia. org/wiki/File: Left. jpg http: //commons. wikimedia. org/wiki/File: Batteri 17/04/2012 Lead holder / Creative Commons Attributiones_comparison_4, 5_D_C_AA_AAAA_A 23_9 Share Alike 3. 0 Unported V_CR 2032_LR 44_matchstick-1. jpeg Ricardo Maçãs / Creative Commons Attribution- http: //commons. wikimedia. org/wiki/File: Corros 18/04/2012 Share Alike 3. 0 Unported. %C 3%A 3 o_de_ferro_por_sacrif%C 3%ADcio_em_ contacto_com_cobre. jpg