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Reacções de oxidação-redução

Reacções de oxidação-redução. Carlos Corrêa Departamento de Química (FCUP) Centro de Investigação em Química (CIQ). São reacções em que ocorrem transferências de electrões entre os reagentes. Exemplificando:. Oxidação. 2 e. Cu 2+ (aq) + Fe(s)  Cu(s) + Fe 2+ (aq). Oxidante. Redutor.

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Reacções de oxidação-redução

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Presentation Transcript

  1. Reacções de oxidação-redução Carlos Corrêa Departamento de Química (FCUP) Centro de Investigação em Química (CIQ)

  2. São reacções em que ocorrem transferências de electrões entre os reagentes. Exemplificando: Oxidação 2 e Cu2+(aq) + Fe(s)  Cu(s) + Fe2+(aq) Oxidante Redutor Redução Fe(s)  Fe2+(aq) + 2 e- Oxidação (perda de electrões): Redução (ganho de electrões): Cu2+(aq) + 2 e- Cu(s)

  3. Fe(s) Cu(s) Cu2+(aq) Cu(s) Esquematicamente: Fe(s) Fe2+(aq) Cu2+(aq) Cu(s)

  4. 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.

  5. Oxidação do cobre pelo catião prata Cu2+(aq) Cu(s) Ag(s) Ag+(aq) Esquematicamente: Cu2+(aq) Cu(s) Cu2+(aq) Ag+(aq) Ag(s) Ag(s)

  6. 2 Ag+(aq) + Cu(s)  Cu2+(aq) + 2 Ag(s) Vejamos a prata depositada sobre o cobre Clicar

  7. 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).

  8. : H : Cl :Cl: = Cl¯ .. .. 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+ n.o. = +1 Ficaria n.o. = -1 Átomo mais electronegativo Ligação covalente Cloro: Grupo 17 – 7 electrões de valência. Tem um electrão a mais: n.o. = -1.

  9. .. H : S : H .. :S: .. .. Sulfureto de hidrogénio, H2S: Átomo mais electronegativo H+ n.o. = +1 H+ n.o. = +1 Ficaria n.o. = -2 Electrões atribuídos ao enxofre Soma dos números de oxidação 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.

  10. .. H : S : .. :S: .. .. Anião hidrogeno sulfureto, HS¯ : Átomo mais electronegativo H+ n.o. = +1 Ficaria n.o. = –2 Electrões atribuídos ao enxofre Soma dos números de oxidação –1 Nos iões poliatómicos, a soma dos números de oxidação é igual à carga do ião.

  11. .. .. .. H – O – H H – O – O – H .. .. .. Estabelecimento dos números de oxidação a partir das fórmulas de estrutura: água e peróxido de hidrogénio. Electrões atribuídos ao átomo mais electronegativo ... ou divididos pelos dois átomos. Átomo O rodeado por 8 electrões (ganhou 2) Cada átomo de O rodeado por 7 electrões (ganhou 1) n.o. = -2 n.o. = -1

  12. .. : : O .. .. .. HO : S : O : H :O: .. .. .. .. : : O .. .. Ácido sulfúrico, H2SO4 : O mais electronegativo que S n.o. = +1 H+ n.o. = –2 Ficaria n.o. = +6 S O mais electronegativo que H Soma dos números de oxidação de todos os átomos: 2 × (+1) + 1 × (+6) + 4 × (-2) ) = 0 2 H S 4 O

  13. Números de oxidação mais vulgares para alguns átomos Átomos n.o. Exemplos H 0 , +1 H2, HCl, H2O O 0 , -2, -1O2, H2O, H2O2 Metais alcalinos +1NaCl, K2S Metais alcalino-terrosos +2MgCl2, CaSO4 Al +3AlCl3 A partitr do conhecimento dos números de oxidação destes átomos é possível, nos vários compostos, determinar os números de oxidação de outros átomos.

  14. Reacção H2O2 + KI (meio ácido) -2 -1 H2O2(aq) H2O(l)(g) -1 0 I–(aq) I2 (aq) CLICAR

  15. Reacção H2O2 + KI (meio alcalino) Dismutação -2 -1 H2O2(aq) H2O(l)(g) -1 0 H2O2(aq) O2(l)(g) H2O2 O iodeto é o catalisador CLICAR

  16. Peróxido de hidrogénio e iodeto (meio alcalino) Reacção H2O2 + KI (meio neutro) CLICAR

  17. Calcular o número de oxidação do S no anião sulfato. Ácido sulfúrico: H2SO4 Anião sulfato: SO42- SO42- Carga 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)

  18. 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)

  19. Outro modo de definir oxidação e redução Oxidação é um aumento do número de oxidação. n.o. = +2 Oxidação n.o. = 0 2 e Cu2+(aq) + Zn(s)  Cu(s) + Zn2+(aq) n.o. = +2 Redução n.o. = 0 Redução é uma diminuição do número de oxidação.

  20. Oxidação de NaHSO3 por KMnO4 (meio ácido) +7 +2 MnO4¯(aq)Mn2+(aq) +4 +6 HSO3–(aq) SO42–(aq) CLICAR KMnO4 KMnO4 (aq)

  21. Oxidação de NaHSO3 por KMnO4 (meio alcalino) +7 +6 MnO4¯(aq)MnO42-(aq) +4 +6 HSO3–(aq) SO42–(aq) Clicar KMnO4 KMnO4 (aq)

  22. 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 +2 Ácido MnO4¯(aq) Mn2+(aq) +6 +7 Alcalino MnO4¯(aq)MnO42-(aq) Captado 1 electrão

  23. 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

  24. Oxidação de H2O2 por KMnO4(meio ácido) +2 +7 MnO4¯(aq) Mn2+(aq) -1 0 H2O2(aq) O2 (g) CLICAR H2O2

  25. Oxidação de H2O2 por KMnO4(meio alcalino) +4 +7 MnO4¯(aq) MnO2(s) -1 0 H2O2(aq) O2 (g) CLICAR

  26. Oxidação de H2O2 por KMnO4(meio neutro) +4 +7 MnO4¯(aq) MnO2(s) -1 0 H2O2(aq) O2 (g) CLICAR H2O2

  27. Vamos escrever as correspondentes equações: +7 +2 (×2) MnO4– + 8 H+ + 5e– Mn2+ + 4 H2O (meio ácido) -1 0 (×5) H2O2 O2 + 2 H++ 2e–(meio ácido) 2 MnO4– + 5 H2O2 + 6 H+ 2 Mn2+ + 5 O2 + 8 H2O +4 +7 (×2) MnO4– + 2 H2O + 3e– MnO2+ 4 HO– (meio alcalino) -1 0 (×3) H2O2 + 2 HO– O2 + 2 H2O+ 2e–(meio alcalino) 2 MnO4– + 3 H2O2 2 Mn2+ + 5 O2 + 2 HO– + 2 H2O

  28. Oxidação do Fe(II) por KMnO4 (em meio ácido) +2 +7 MnO4¯(aq) Mn2+(aq) +2 +3 Fe 2+(aq) Fe3+(aq) CLICAR

  29. Oxidação de NaNO2 por KMnO4 (meio ácido) +2 +7 MnO4–Mn2+(aq) +3 +5 NO2–(aq) NO3–(aq) KMnO4 NaNO2 CLICAR

  30. Oxidação de NaNO2 por KMnO4(meio alcalino) NaNO2 KMnO4 CLICAR

  31. Vamos escrever as correspondentes equações: +7 +2 (×1) MnO4– + 8 H+ + 5e– Mn2+ + 4 H2O (meio ácido) +2 +3 (×5) Fe2+ Fe3++ e–(meio ácido) MnO4– + 5 Fe2+ + 8 H+ Mn2+ + 5 Fe3+ + 4 H2O +4 +7 MnO4– + 8 H+ + 5e– Mn2+ + 4 H2O (meio ácido) (×2) +3 +5 (×5) NO2–+ H2O  NO3– + 2 H+ + 2e–(meio ácido) 2 MnO4– + 5 NO2– + 6 H+ 2 Mn2+ + 5 NO3–+ 3 H2O

  32. Oxidação de Fe2+ por K2Cr2O7 (meio ácido) +6 +3 Cr2O72– (aq)Cr3+(aq) +2 +3 Fe2+(aq) Fe3+(aq) CLICAR

  33. Oxidação de NaHSO3 por K2Cr2O7 (meio ácido) Ácido +3 +6 Cr2O72– (aq)Cr3+(aq) +4 +6 HSO3–(aq) SO42–(aq) Cr2O72-(aq) CLICAR

  34. Oxidação de H2O2 por K2Cr2O7 (meio ácido) +6 +3 Cr2O72– (aq)Cr3+(aq) -1 0 H2O2(aq) O2(g) H2O2 CLICAR

  35. Vamos escrever as correspondentes equações: +6 +3 (×1) Cr2O72– + 14 H+ + 6e– 2 Cr3+ + 7 H2O (meio ácido) +2 +3 (×6) Fe2+ Fe3++ e–(meio ácido) Cr2O72– + 6 Fe2+ + 14 H+ 2 Cr3+ + 6 Fe3+ + 7 H2O +3 +6 Cr2O72– + 14 H+ + 6e– 2 Cr3+ + 7 H2O (meio ácido) (×1) +4 +6 (×3) HSO3– + H2O  SO42– + 3 H+ + 2e–(meio ácido) Cr2O72– + 3 HSO3– + 5 H+  2 Cr3+ + 3 SO42–+ 4 H2O

  36. 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.

  37. 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.

  38. F I M

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