Grande
parte das reacções redox ocorre em solução aquosa envolvendo na maioria das
vezes espécies na forma iónica. O acerto destas equações geralmente é difícil
mediante o uso do método de tentativas ou pelo método algébrico. No entanto,
uma forma mais simples de acertar estas equações é aplicando o método do
ião-electrão.
O
método do ião-electrão é um procedimento que envolve a divisão da equação
global em duas semi-reacções (de oxidação e de redução) as quais devem ser
acertadas atómica e electricamente para finalmente serem somadas de modo a se
obter a equação global acertada.
Este
método é aplicado para duas situações: reacções que ocorrem em meio ácido
e reacções que ocorrem em meio básico.
ACERTO DE EQUAÇÕES REDOX PELO MÉTODO DO IÃO-ELECTRÃO EM MEIO ÁCIDO
O acerto de equações redox em meio ácido pode ser realizado seguindo-se
os seguintes passos:
• Escrever a equação completa sem acertar e determinar o número de
oxidação de todos os átomos presentes;
• Identificar as espécies que sofrem variação no seu número de oxidação e
determinar a variação de nox (∆);
• Escrever as semi-reacções de oxidação e de redução de modo que apareçam
apenas as espécies que realmente intervêm no processo seja na forma molecular
ou iónica e que contenham o elemento que sofre variação no seu número de
oxidação;
• Acertar cada semi-reacção atomicamente e electricamente, isto é,
acertar o número de átomos de cada elemento e o número de cargas obedecendo a
seguinte ordem: Oxigénio, Hidrogénio e cargas eléctricas.
O número de átomos de Oxigénio é acertado da seguinte maneira: adicionar
moléculas de água no membro da semi-reacção que apresenta deficiência de átomos
de Oxigénio. Já o número de átomos de Hidrogénio é acertado adicionando-se iões
H+ do lado oposto ao lado onde foram adicionadas moléculas de água.
• Acertar o número de cargas das semi-reacções adicionando electrões ao
membro da semi-reacção que necessite para igualar as cargas nos dois membros da
semi-reacção.
Na semi-reacção de oxidação os electrões aparecerão no membro direito
(depois da seta) e na semi-reacção de redução os electrões aparecerão no membro
esquerdo (antes da seta).
•
Para garantir que o número de electrões cedidos seja
igual ao número de electrões recebidos, procura-se o mínimo múltiplo comum
(m.m.c) do número de electrões envolvidos nas semi-reacções e de seguida
multiplica-se cada uma das semi-reacções por um número conveniente que faça com
que o número de electrões seja igual nas duas semi-reacções;
• Somar as duas semi-reacções acertadas simplificando os electrões para
obter a equação global acertada.
Nos casos em que aparece uma equação molecular é fundamental acertar a equação molecular colocado moléculas do ácido necessárias para obter o número correcto de iões H+ e se necessário usar o método de tentativas para completar o acerto da equação.
EXEMPLO 1
Acerte a seguinte
equação da reacção
KMnO4
(aq) + FeCl2 (aq) + HCl(aq) → MnCl2 (aq) + FeCl3 (aq) +
KCl(aq) + H2O (aq)
Vamos determinar o número de oxidação de todos os elementos presentes, tanto nos reagentes como nos produtos.
Identificar as espécies químicas que sofrem oxidação e redução (variação de nox):
Como se vê, os elementos
que sofrem variação de nox são o Manganês e o Ferro. O nox do Manganês
inicialmente é igual a sete (+7) mas passa para +2 o que significa que diminuiu
em cinco unidades, portanto, a variação do nox de Mn é de 5, ∆ = 5.
Para o Ferro, o nox passa
de +2 para +3 o que quer dizer que aumentou em uma unidade pelo que ∆ = 1.
A seguir devemos escrever as semi-reacções de oxidação e
redução:
Oxidação: Fe2+ → Fe3+
Redução: MnO4- → Mn2+
• Acertar atomicamente cada semi-reacção
Oxidação: Fe2+ → Fe3+
Esta semi-reacção
já está acertada pois temos nos dois lados da semi-reacção o mesmo número de
átomos.
Redução:
MnO4- → Mn2+
Como se vê, temos
no membro direito um átomo de Mn e igual número de átomos de Mn no membro
esquerdo, logo o número de átomos de Mn está acertado. No entanto, temos 4
átomos de Oxigénio nos reagentes e nos produtos temos défice de átomos de
Oxigénio por isso temos que acertar o número de átomos de Oxigénio.
Para acertar o
número de átomos de Oxigénio temos que adicionar moléculas de água no segundo
membro (depois da seta) pois é o lado onde há défice de átomos de Oxigénio. No
entanto, visto que 4 átomos de Oxigénio antes da seta significa que depois da
seta colocaremos 4 moléculas de água.
Redução: MnO4- → Mn2+ + 4 H2O
Ao
colocarmos moléculas de água introduzimos igualmente na equação átomos de
Hidrogénio.
Veja
que não existem átomos de Hidrogénio nos reagentes por isso para acertar o
número de átomos de Hidrogénio temos que adicionar nos reagentes 8 iões H+
pois o 4 antes de H2O multiplica-se com o índice 2 do Hidrogénio
resultando em 8 átomos de Hidrogénio nos produtos.
Redução: MnO4- + 8 H+ → Mn2+
+ 4 H2O
• Acertar electricamente as duas
semi-reacções
Oxidação: Fe2+ → Fe3+
Veja que temos nos reagentes
(antes da seta) duas cargas positivas no F2+ e três cargas positivas
nos produtos (depois da seta), portanto, para igualarmos o número de cargas nos
dois membros da equação temos que adicionar 1 electrão no lado dos produtos
(depois da seta) pois este processo é de Oxidação. Veja que esse electrão corresponde
a variação de nox (∆) do Ferro.
Oxidação: Fe2+ → Fe3+ + 1e-
Assim,
temos nos reagentes carga +2 e nos produtos temos +3 e uma carga negativa do
electrão de modo que +2 = + 3 + (–1), ou seja, as cargas são iguais nos dois
membros da equação.
Redução: MnO4- + 8 H+ → Mn2+
+ 4 H2O
O MnO4- tem
uma carga negativa (–1) mais 8 cargas positivas dos iões H+, logo,
–1 + (+8) = + 7. Portanto, há 7 cargas positivas nos reagentes. No entanto, no
lado dos produtos (depois da seta) temos apenas duas cargas positivas do Mn2+,pois,
as moléculas de água são neutras (não têm carga eléctrica), portanto, há défice
de cargas positivas.
Entretanto, por tratar-se de
uma semi-reacção de redução vamos colocar do lado dos reagentes (antes da seta)
5 electrões (que corresponde variação do nox de Mn).
Redução: MnO4-
+ 8 H+ + 5e- → Mn2+
+ 4 H2O
Deste modo temos nos lados da
equação o mesmo número de cargas.
Veja que acabamos de ver que
antes da seta tínhamos 7 cargas positivas e apenas duas depois da seta. Com a
introdução de 5 electrões com carga negativa no lado dos reagentes passamos a
ter também duas cargas positivas pois +7 + (–5) = +2.
Igualar o número de electrões nos dois membros das
semi-reacções
Na prática o que
faremos será levar o número de electrões envolvidos no processo de redução e
multiplicar toda a semi-reacção de oxidação e levaremos o número de electrões
envolvidos no processo de oxidação e multiplicaremos toda a semi-reacção de
redução.
Oxidação: 5 x (Fe2+
→ Fe3+ + 1e-)
Redução: 1 x (MnO4- + 8 H+ + 5e- → Mn2+
+ 4 H2O)
E assim temos
como resultado o seguinte:
Oxidação: 5 Fe2+
→ 5 Fe3+
+ 5e-
Redução: MnO4- + 8 H+ + 5e- → Mn2+
+ 4 H2O
Veja que agora temos o mesmo número de electrões nas duas semi-reacções.
Somar as duas semi-reacções simplificando o número de electrões para obtermos a equação global:
Temos que
escrever a equação molecular devidamente acertada colocando as moléculas de
ácido necessárias para obter o número certo de iões H+ e incluímos
as outras espécies.
KMnO4 (aq) + 5 FeCl2 (aq) + 8 HCl(aq)
→ MnCl2 (aq) + 5 FeCl3 (aq)
+ KCl(aq) + 4 H2O (aq)
EXEMPLO 2
Dada
a equação da reacção redox:
Cr2O72-(aq)
+ H2O2(l) + H+(aq) → Cr3+(aq) + H2O(l)
+ O2(g)
Qual é em cada membro a soma dos coeficientes estequiométricos da equação
acertada?
A
8
B 12 C
15
D 20
RESOLUÇÃO
Escrever a equação sem acertar, indicar o nox de todos os átomos e identificar as espécies que sofrem variação de nox.
Escrever as
semi-reacções, acertar atómica e electricamente
Oxidação: H2O2 → O2 + 2H+ + 2e-
Redução: Cr2O72- + 14 H+
+ 6e- → 2 Cr3+ + 7 H2O
Igualar o número
de electrões nas duas semi-reacções:
Oxidação: 3 x (H2O2 → O2 + 2H+ + 2e-)
Redução: 1 x (Cr2O72- + 14 H+ + 6e- → 2 Cr3+ + 7 H2O)
Vamos somar as duas semi-reacções:
Soma dos coeficientes:
• 1o membro (reagentes): 3 + 1 + 8 = 12
• 2o membro (produtos): 2 + 3 + 7 = 12
Por: Miguel Pascoal
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