Ciências da Arte e do Património Química e Física dos Materiais II (Materiais Inorgânicos) Números de oxidação e Reações Redox Olinda Monteiro(ocmonteiro@fc.ul.pt) Olinda Monteiro (ocmonteiro@fc.ul.pt) Departamento de Química e Bioquímica Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa Aula4 1 1
Números de oxidação (mais usuais) dos elementos 2 Ciências da Arte e do Património - Química e Física dos Materiais II (2013/2014)
Estados de oxidação possíveis dos metais de transição 3
Número de oxidação dos elementos 1. Nos elementos livres (no estado não combinado) cada átomo tem número de oxidação zero Na, Be, K, H 2, O 2, P 4 2. Nos iões monoatómicos o número de oxidação é igual à carga do ião Li + (+1); Fe 3+ (+3); O () 3. O número de oxidação do oxigénio é (-2). Excetua-seo ião peróxido (ex. o peróxido de hidrogénio, H 2 O 2 ) em que é (-1) 4
Número de oxidação dos elementos 4. O número de oxidação do hidrogénio é +1, excetoquando está ligado a metais em compostos binários. Nestes casos o seu número de oxidação é -1(ex. LiH, NaH). 5. No Grupo I é +1, no Grupo II é+2e no Grupo 7 é sempre -1. 6. A soma dos números de oxidação de todos os átomos de uma molécula (ou ião) é igual à carga da molécula (ou do ião) exemplo: calcular os números de oxidação de todos os átomos no HCO 3-? HCO 3 - O= -2 C=??? 1 + 3x(-2) + x = -1 x = +4 5
Diga qual o nº de oxidação das seguintes espécies a) Sódio em Na b) Hidrogénio em H 2 O c) Oxigénio em H 2 O d) Cloro em NaCl h) Fósforo em H 3 PO 4 i) Oxigénio em O 2 j) Manganês em KMnO 4 k) Ferro em Fe 2 O 3 e) Cálcio em CaCl 2 l) Azoto em NH 3 f) Enxofre em H 2 SO 4 m) Azoto em HNO 3 g) Hidrogénio em H 2 O 2 n) Chumbo em Pb(NO 3 ) 2 6
Acerto de reacções redox Ex: A oxidação do Fe 2+ a Fe 3+ pelo ião Cr 2 O 7 numa solução ácida 1. Escreva a equação não acertada da reacção na forma iónica Fe 2+ + Cr 2 O 7 Fe 3+ + Cr 3+ 2. Identifique os estados de oxidação de cada espécie e separe a equação em duas semi-reacções +2 Oxidação: Fe 2+ +3 Fe 3+ +6 +3 Redução: Cr 2 O 7 Cr 3+ 7
3. Acerte todos os átomos, à excepção de O e H, separadamente em cada semireacção: Fe 2+ Fe 3+ Cr 2 O 7 2Cr 3+ 4. Adicione H 2 0 para acertar os átomos de O e H + para acertar os átomos de hidrogénio Fe 2+ Fe 3+ Cr 2 O 7 14H + + Cr 2 O 7 2Cr 3+ + 7H 2 O 2Cr 3+ + 7H 2 O 8
5. Adicione eletrõesa um dos lados de cada semi-reacção para acertar as cargas Fe 2+ Fe 3+ + e - 6e - + 14H + + Cr 2 O 7 2Cr 3+ + 7H 2 O 6. Se for necessário, multiplique as semi-reacções por coeficientes apropriados de forma a que o número de eletrõesnas duas semi-reacções seja igual 6Fe 2+ 6Fe 3+ + 6e - (x 6) 6e - + 14H + + Cr 2 O 7 2Cr 3+ + 7H 2 O (x 1) 9
7. Somar as duas semi-reacções e verificar se a equação final está acertada. Os electrões em ambos os lados devem anular-se mutuamente Oxidação: 6Fe 2+ 6Fe 3+ + 6e - Redução: 6e - + 14H + + Cr 2 O 7 2Cr 3+ + 7H 2 O 6Fe 2+ + 14H + + Cr 2 O 7 6Fe 3+ + 2Cr 3+ + 7H 2 O 8. Verifique se o número de átomos e cargas está certo 6 x 2 + 14 x 1-2 x 1 = 24 = 6 x 3 + 2 x 3 9. Para reacções em soluções básicas, adicione OH - a ambos os membrosda equação por cada H + que apareça na equação final 10
Agentes oxidantes e redutores Agente oxidante é a espécie que permite que outra espécie se oxide. Os agentes oxidantes sofrem redução Agente redutor é a espécie que permite que a outra espécie se reduza Os agentes redutores sofrem oxidação De uma forma genérica considera-se: R O + ne - (oxidação) O + ne - R (redução) Exemplo: redução do cloreto de ferro (II) pelo KMnO 4 (oxidante) 11
Agentes redutores e respetivas reações de oxidação 12
Agentes oxidantes e respectivas reações de redução 13
Reações redox ou de oxi-redução As reaçõesredoxsão reaçõesde transferência de eletrõesentre agentes redutores e agentes oxidantes, podendo dar lugar a uma conversão de energia química em energia elétrica. As reações redox podem envolver apenas espécies solúveis: Processos em meio homogéneo: Fe 2+ + Cr 2 O 7 Fe 3+ + Cr 3+ As reaçõesredoxpodem também ocorrer entre uma espécie sólida e espécies iónicas em solução. Neste caso podem originar, por exemplo: Processos de corrosão de metais e ligas metálicas 14
1-Qual o número de oxidação do crómio em: a) Na 2 CrO 4 b) K 2 Cr 2 O 7 Qual o número de oxidação de cada elemento nos seguintes compostos: a) Al 2 O 3 b) OH - c) NaCl d) Bi 2 O 3 e)ag 2 S f)zno g)h 2 15 2
Complete a seguinte tabela reação agente redutor agente oxidante 2 Na + Cl 2 2 NaCl 2 K + H 2 2 KH 4 Li + O 2 2 Li 2 O 2 Na + O 2 Na 2 O 2 2 Na + 2 H 2 O 2 Na + + 2 OH - + H 2 2 K + 2 NH 3 2 K + + 2 NH + H 2 2 Mg + O 2 2 MgO 3 Mg + N 2 Mg 3 N 2 Ca + 2 H 2 O Ca 2+ + 2 OH - + H 2 2 Al + 3 Br 2 Al 2 Br 6 Mg + 2 H + Mg 2+ + H 2 Mg + H 2 O MgO + H 2 Sr + 2 H 2 O Sr 2+ + 2 OH - + H 2 16
Considere as seguintes reações de oxidação-redução: I-Fe (s) + Cu 2+ (aq) ----> Fe 2+ (aq)+ Cu (s) II-2 Fe 2+ (aq)+ H 2 O 2 (aq) + 2 H + (aq) ----> Fe 3+ (aq)+ 2 H 2 O III-Au 3+ (aq)+ I (aq) ----> Au (s) + I 2(s) IV-Cr 2 O 3(s) + Al (s) ----> Cr (s) + Al 2 O 3(s) V-Cr 2 O 2 7 (aq) + H + (aq)+ NO - 2(aq) ----> H 2 O (l) + Cr 3+ (aq) + NO 3 (aq) a. acerte a estequiometria de cada reação b. identifique o estado de oxidação de cada elemento c. escreve as semi-reações de oxidação e de redução 17