ACERTO DE EQUAÇÕES REDOX PELO MÉTODO DO IÃO-ELECTRÃO

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

KMnO_{4 (aq)} + FeCl_{2 (aq)} + HCl_(aq) → MnCl_{2 (aq)} + FeCl_{3 (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.

KMnO_{4 (aq)} + 5 FeCl_{2 (aq)} + 8 HCl_(aq) → MnCl_{2 (aq)} + 5 FeCl_{3 (aq)} + KCl_(aq) + 4 H₂O _(aq)

EXEMPLO 2

Dada a equação da reacção redox:

Cr₂O₇^2-_(aq) + H₂O_2(l) + H⁺_(aq) → Cr³⁺_(aq) + H­₂O_(l) + O_2(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: Cr₂O₇^2- + 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 (Cr₂O₇^2- + 14 H⁺ + 6e^- →  2 Cr³⁺ + 7 H₂O)

Vamos somar as duas semi-reacções:

Soma dos coeficientes:

• 1^o membro (reagentes): 3 + 1 + 8 = 12

• 2^o membro (produtos):  2 + 3 + 7 = 12

 

Por: Miguel Pascoal

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