VO VO V 3+ - V 2+

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1 DISCIPLINA: MÉTODOS INSTRUMENTAIS DE ANÁLISE TÓPICO 1: NOÇÕES DE REAÇÕES DE OXIRREDUÇÃO E APLICAÇÃO EM ANÁLISES QUÍMICAS Reações de Oxirredução são aquelas onde ocorre transferência de elétrons com favorecimento do produto formado. VO VO V 3+ - V 2+ A reação acima indica a transferência de elétrons que ocorre em uma reação de oxirredução sofrida pelo elemento químico Vanádio. A transferência de elétrons, durante a reação de oxirredução, provoca uma alteração no número de oxidação (NOX) de, ao menos, dois elementos químicos participantes da reação. Para o exemplo do Vanádio a variação de NOX foi: VO VO V 3+ - V 2+ (+5) (+4) (+3) (+2) A reação de oxirredução pode ser considerada como uma reação global formada por duas semi-reações (ou reações parciais) chamadas de oxidação e redução e que ocorrem, paralelamente, gerando ao mesmo tempo a diminuição do NOX em um dos elementos e aumento do NOX do outro elemento químico participante da reação. Semi-Reação de Oxidação: ocorre aumento no NOX do elemento químico durante a reação. Semi-Reação de Redução: ocorre diminuição no NOX durante a reação do elemento químico durante a reação. Cu(s) + Ag + Cu Ag(s) Reação de Oxidação: Cu 0 (s) Cu 2+ (ocorre perda de 2 e - fazendo que o NOX saia de 0 para +2) Reação de Redução: Ag 2+ (s) +2 para 0). Ag 0 (ocorre recebimento de 2e fazendo que o NOX saia de A reação de oxirredução pode gerar corrente elétrica desde que os reagentes não estejam em contato direto (neste caso seria gerada energia térmica). A corrente elétrica corresponde ao movimento dos elétrons em um circuito e será sempre medida em Ampère (A).

2 Equipamentos que geram correntes elétricas através de reações químicas são chamados de células galvânicas ou células voltaicas e, basicamente, geram reações de oxirredução internamente. Em uma célula galvânica, os elétrons produzidos pelo reagente oxidado são transferidos para um segundo reagente, que sofrerá então redução. Reações do tipo pilha e do tipo eletrólise: Pilha Energia Química Energia Elétrica Eletrólise Alguns equipamentos utilizados em análise instrumental trabalham com conversões de energia química (produto de reações químicas) em energia elétrica (elétrons trocados gerando uma corrente) (Ex: Potenciômetros) e são considerados células galvânicas (pilhas) enquanto outros equipamentos trabalham com a conversão de energia elétrica em energia química (Ex: Coulometria) e são considerados células eletrolíticas (eletrólises). Potencial de Redução Padrão (E 0 ) e sua importância para o balanceamento de reações de oxirredução: O potencial de redução padrão (E 0 ) indica a espontaneidade da reação de redução ocorrer. Assim, quanto maior o valor deste parâmetro, maior será a tendência do elemento ou íon sofrer uma redução em uma reação de transferência de elétrons. O valor assumido pelo potencial padrão é estabelecido empregando a redução do hidrogênio como referência: 2H + (aq) + 2e -- H 2 (g) E 0 0,00 V Todos os demais elementos ou íons terão seu potencial de redução padrão assumidos a variação de tensão (em volts) em uma reação de transferência de elétrons com o hidrogênio. Todas as reações são estabelecidas nas chamadas condições padrões, onde: temperatura igual a 25 C (298 K), pressão de 1atm (para solutos gasosos) e concentração de 1,0 mol/l (para solutos em solução aquosa). Os potenciais de redução (E 0 ) são reunidos em uma tabela de potencial:

3 Fonte: Reação Global de Oxirredução em Células Voltaicas: Através das informações tabeladas é possível prever a reação global de oxirredução para uma célula voltaica, uma vez, que essa reação deverá resultar em uma diferença de potencial (ddp) positiva. Zn e - Zn 0 E 0 = -0,76 V Primeiro Passo: inverter o sentido da semi-reação de menor potencial. Zn 0 Zn e - E 0 =+-0,76 V Segundo Passo: igualar e cancelar os elétrons. A mesma quantidade de elétrons nos reagentes de uma semi-reação deve existir nos produtos da outra semi-reação.

4 Zn 0 Zn e - E 0 =+-0,76 V Terceiro Passo: Copiar na equação global os reagentes e produtos e somar os potenciais de modo a obter a ddp Cu 2+ + Zn 0- Cu 0 + Zn 2 ddp = +1,00 V Obs: se necessário, para igualar os elétrons nas duas semi-reações, estas podem ser balanceadas ao multiplicar todos os componentes da reação. Exemplo 2: Al e - Al 0 Ni e - Ni 0 E 0 = -1,66 V E 0 = -0,25V Resolução: Al 0 Al e - E 0 = + 1,66 V (x2) Ni e - Ni 0 E 0 = -0,25V (x3) Então: 2Al 0 2Al e - E 0 = + 1,66 V 3Ni e - 3Ni 0 E 0 = -0,25V Reação Global após cancelamento dos elétrons: 2Al 0 + 3Ni 2+ 2Al Ni 0 ddp = +1,41 V Agente Oxidante e Agente Redutor: Em uma reação global de oxirredução é possível definir o componente a sofrer redução e o componente a sofrer oxidação e que, por sua vez, serão um responsável pela reação sofrida pelo outro. - Agente Oxidante: Provoca a oxidação do outro componente da reação. Por sua vez, sofrerá redução. - Agente Redutor: Provoca a redução do outro componente da reação. Por sua vez, sofrerá oxidação. 2Al 0 + 3Ni 2+ 2Al Ni 0 ddp = +1,41 V

5 O NOX do Alumínio aumentou de 0 para +3, indicando que o mesmo sofreu OXIDAÇÃO. Portanto, o alumínio será um agente redutor. O NOX do Níquel diminuiu de +2 para 0, indicando que o mesmo sofreu REDUÇÃO. Portanto, o níquel será um agente oxidante.