Reações de oxirredução

Transcrição

1 LCE-108 Química Inorgânica e Analítica Reações de oxirredução Wanessa Melchert Mattos

2 2 Ag + + Cu (s) 2 Ag (s) + Cu 2+

3 Baseada na transferência de elétrons de uma substância para outra Perde oxigênio e é reduzido Fe 2 O 3 (s) + 3 CO(g) 2 Fe(s) + 3 CO 2 (g) Ganha oxigênio e é oxidado CO - causa a redução do Fe 2 O 3 é chamado de agente redutor Fe 2 O 3 causa a oxidação do CO é chamado de agente oxidante

4 Observações: -Se uma substância for oxidada, outra substância na mesma reação deve ser reduzida. Por este motivo, essas reações são chamadas frequentemente de reações de oxirredução ou oxidação-redução ou reações redox; -O agente redutor é oxidado e o agente oxidante é reduzido; -A oxidação é o oposto da redução. Por exemplo, a remoção do oxigênio é redução, e a adição do oxigênio é oxidação.

5 Quando uma substância aceita elétrons, dizemos que ela é reduzida porque há redução na carga positiva em um átomo da substância. Quando uma substância perde elétrons, a carga positiva em um átomo da substância aumenta. Dizemos que a substância foi oxidada. Agente redutor, oxidada 2 Ag + (aq) + Cu (s) 2 Ag (s) + Cu 2+ (aq) Agente oxidante, reduzida

6 Identifique as substâncias em agentes oxidante e redutor, qual espécie oxidou e qual reduziu e quantos elétrons foram transferidos? 2 Mg (s) + O 2 (g) 2 MgO (s)

7 Número de oxidação: é definido como a carga que um átomo tem, ou aparenta ter, conforme determinado pelas seguintes regras de atribuição dos números de oxidação. Essas regras são: 1. O número de oxidação para substâncias simples é igual a zero: I 2 ou S 8 ; 2. Para íons monoatômicos, o número de oxidação é igual à carga do íon: Mg 2+, n.o. +2; 3. O flúor sempre tem número de oxidação -1 em compostos com todos os outros elementos; 4. Cl, Br ou I sempre tem número de oxidação -1 em compostos, exceto quando combinados com oxigênio ou flúor: NaCl, n.o. -1 e ClO -, n.o. +1; 5. O número de oxidação do H é +1 e do O é -2 na maioria de seus compostos; 6. A soma algébrica dos números de oxidação em composto neutro deve ser zero: HClO 4

8 Determine o número de oxidação do elemento indicado em cada um dos seguintes compostos: a) Al 2 O 3 b) H 3 PO 4 c) SO 4 2- d) Cr 2 O 7 2-

9 Balanceamento: -Todas as reações de oxidorredução devem ser balanceadas tanto para massa quanto para carga. -O mesmo número de átomos aparece nos reagentes e produtos em uma equação, e a soma das cargas elétricas de todas as espécies de cada um dos lados da seta da equação deve ser a mesma.

10 Al (s) + Cu 2+ (aq) Al 3+ (aq) + Cu (s) Passos: 1- Identifique as espécies que sofrem oxidação e redução; 2- Separe o processo em semireações; 3- Balanceie cada semireação em massa, exceto O e H; 4- Em solução ácida balanceie O usando H 2 O e, depois, balanceie H usando H+. Em solução básica, balanceie O usando H 2 O e, depois, balanceie H usando H 2 O do lado de cada semireação em que H é necessário e OH - do lado oposto; 5- Balanceie cada semireação em carga; 6- Igualar o número de elétrons nas semireações; 7- Somar as semireações para obter a equação global balanceada.

11 Exercício: Balanceie a equação: Al (s) + H + (aq) Al 3+ (aq) + H 2 (g)

12 Balanceie a equação que está em solução ácida: Zn (s) + VO 2 + (aq) VO 2+ (aq) + Zn 2+ (aq)

13 Exercício: Balanceie a equação: MnO 4 - (aq) + Fe 2+ (aq) Mn 2+ (aq) + Fe 3+ (aq)

14 Balanceie a equação que está em solução básica: Al (s) + H 2 O (l) Al(OH) 4 - (aq) + H 2 (g)

15 Exercício: Balanceie a equação: Al (s) + S (s) Al(OH) 3 (s) + HS - (aq)

16 Células Voltaicas ou galvânicas Dispositivos que utilizam reações químicas para produzir corrente elétrica. Todas as células funcionam do mesmo modo: - Reações redox produto-favorecidas; - Compostas de uma oxidação e uma redução; - Os elétrons produzidos pelo agente redutor são transferidos por meio de um circuito elétrico para o agente oxidante. Energia química Energia elétrica

17 Células Voltaicas Cu (s) Cu e - Ag + + e - Ag (s)

18 Células Voltaicas Processos de oxirredução

19 Potencial padrão (E ) - medida do potencial padrão da célula Condições padrão: - Reagentes e produtos estão presentes em seus estados padrão; - Solutos em solução aquosa tem concentração de 1,0 mol/l; - Reagentes ou produtos gasosos tem pressão de 1 atm. E cátodo e E ânodo podem ser utilizados como medidas do potencial de eletrodo padrão e são os potenciais de redução padrão.

20 E célula = E cátodo - E ânodo - Calcular o valor de E célula - E célula > 0, reação produto favorecida - E célula < 0, reação reagente-favorecida

21 Convenção a(h + ) = 1 mol L -1, p(h 2 ) = 1 atm E 0 = 0,00V

22 2 Ag + + H 2 (g) 2 Ag(s) + 2 H + E cela = E indicador E referência 0,799 = E indicador 0 E indicador = + 0,799 V referência indicador a H+ = 1,00 mol L -1 a Ag+ = 1,00 mol L -1 Ag + + e - Ag (s) E 0 = +0,799 V

23 REDUTORES OXIDANTES Tabela de potenciais padrão (relativos) REAÇÃO Cl 2 (g) + 2e - 2Cl - O 2 (g) + 4H + + 4e - 2H 2 O Ag + + e - Ag(s) Fe 3+ + e - Fe 2+ I e - 3I - Cu e - Cu(s) E 0 a 25 C (V) + 1, , , , , ,337 espécies mais efetivas como receptores de e -, fortes agentes oxidantes 2H + + 2e - H 2 (g) AgI(s) + e - Ag(s) + I - PbSO 4 (s) + 2e - Pb(s) + SO 4 2- Cd e - Cd(s) Zn e - Zn(s) 0,000-0,151-0,350-0,403-0,763 espécies mais efetivas como doadores de e -, fortes agentes redutores

24 Aplicação de potenciais de eletrodo Com base na tabela de potencias padrão de eletrodo, quais espécies predominam em uma mistura de Fe 3+ com I -? Fe 3+ + e - Fe 2+ E o = +0,771 V I e - 3I - E o = +0,536 V

25 Equação de Nernst aa + bb + ne- cc + dd E = E 0 - RT nf ln c d A C A D a b A A A B E 0 = potencial padrão do eletrodo R = constante dos gases = 8,314 J K -1 mol -1 T = temperatura (Kelvin) n = número de mols de elétrons F = constante de Faraday = C mol -1

26 Equação de Nernst aa + bb + ne- cc + dd E = C E 0 [ ] - 0,0592 log n [ A] c a [ D] [ B] d b 25 o C EXEMPLOS: Zn e - Zn(s) E = E 0-0,0592/2 log ( 1/[Zn 2+ ] ) Fe e - Fe 2+ E = E 0-0,0592 log ( [Fe 2+ ]/[Fe 3+ ] ) MnO e - + 8H + Mn H 2 O E = E 0-0,0592/5 log ( [Mn 2+ ]/([MnO 4- ] [H + ] 8 )) AgCl(s) + e - Ag(s) + Cl - E = E 0-0,0592 log ( [Cl - ] )