11.º ano A · Física e Química A

Reações de oxidação-redução · Semirreações e acerto de equações redox

Acerto de equações redox

Na ETA que abastece uma vila do Alentejo, o cloro é adicionado à água de um furo para transformar o $\mathrm{Fe^{2+}}$ dissolvido em $\mathrm{Fe^{3+}}$. A reação acontece, mas como escrevemos a equação sem «perder» nem «inventar» eletrões pelo caminho? É isso que vais aprender aqui: acertar uma equação redox em que o número de eletrões cedidos é igual ao número de eletrões recebidos.

Porque é que a carga também conta

Numa equação química acertada, o número de átomos de cada elemento é igual nos reagentes e nos produtos (Lei de Lavoisier). Numa reação redox, há mais uma exigência: a carga elétrica total também se conserva, porque os eletrões não desaparecem nem surgem do nada.

Considera a equação iónica incompleta:

$$\mathrm{Al + Cu^{2+} \longrightarrow Al^{3+} + Cu}$$

Os átomos estão certos (um Al, um Cu de cada lado), mas as cargas não: à esquerda a carga total é $+2$ e à direita é $+3$. Esta equação não está acertada, porque o alumínio cede mais eletrões do que o cobre consegue receber.

Método das semirreações

Para acertar sem adivinhar, separamos o processo em duas metades e juntamos no fim.

Identificar o que se oxida (perde eletrões, é o redutor) e o que se reduz (ganha eletrões, é o oxidante).
Escrever a semirreação de oxidação, com os eletrões nos produtos.
Escrever a semirreação de redução, com os eletrões nos reagentes.
Acertar átomos e cargas em cada semirreação.
Multiplicar cada semirreação por um número inteiro, para que os eletrões sejam iguais nas duas.
Somar as duas e cancelar os eletrões. Obtém-se a equação iónica global.

Alumínio e cloreto de cobre(II)

A Beatriz mergulhou uma placa de alumínio numa solução de $\mathrm{CuCl_2}$. Forma-se cobre metálico e ficam em solução iões $\mathrm{Al^{3+}}$.

Passo 1. O alumínio passa de $\mathrm{Al}$ (n.o. 0) a $\mathrm{Al^{3+}}$: aumenta o número de oxidação, logo oxida-se. O cobre passa de $\mathrm{Cu^{2+}}$ a $\mathrm{Cu}$: reduz-se.

Passo 2. Semirreações, com os eletrões do lado certo:

Oxidação: $\mathrm{Al \longrightarrow Al^{3+} + 3\,e^-}$

Redução: $\mathrm{Cu^{2+} + 2\,e^- \longrightarrow Cu}$

Em cada uma, a carga já está igual nos dois membros (0 = $+3-3$ e $+2-2=0$).

Passo 3. Igualar os eletrões. O m.m.c. de 3 e 2 é 6: multiplicamos a oxidação por 2 e a redução por 3.

$\mathrm{2\,Al \longrightarrow 2\,Al^{3+} + 6\,e^-}$

$\mathrm{3\,Cu^{2+} + 6\,e^- \longrightarrow 3\,Cu}$

Passo 4. Somamos e cancelamos os 6 eletrões:

$$\mathrm{2\,Al + 3\,Cu^{2+} \longrightarrow 2\,Al^{3+} + 3\,Cu}$$

Verificação: carga à esquerda $3\times(+2)=+6$; à direita $2\times(+3)=+6$. ✓

Passo 5. Equação completa. Os iões espectadores são os $\mathrm{Cl^-}$: há 6 à esquerda (de 3 $\mathrm{CuCl_2}$) e 6 à direita (de 2 $\mathrm{AlCl_3}$).

$$\mathrm{2\,Al + 3\,CuCl_2 \longrightarrow 2\,AlCl_3 + 3\,Cu}$$

Pratica★★☆

Numa experiência de química, a Beatriz mergulhou uma placa de alumínio numa solução de cloreto de cobre(II), $\mathrm{CuCl_2}$, e observou a formação de cobre metálico…

Numa experiência de química, a Beatriz mergulhou uma placa de alumínio numa solução de cloreto de cobre(II), $\mathrm{CuCl_2}$, e observou a formação de cobre metálico sobre a placa, ficando em solução cloreto de alumínio, $\mathrm{AlCl_3}$.

a) Escreve as semirreações de oxidação e de redução, sabendo que em solução se formam iões $\mathrm{Al^{3+}}$ e se deposita cobre metálico.
b) Acerta o número de eletrões transferidos, de modo que os eletrões cedidos sejam iguais aos recebidos, e escreve a equação iónica global acertada.
c) Escreve a equação química completa e acertada da reação, com as fórmulas dos compostos.

Resolver

Da equação iónica à equação completa

A equação iónica mostra só as espécies que mudam. Os iões que não se oxidam nem se reduzem (iões espectadores) ficam de fora, mas voltam a aparecer na equação química completa.

Para a escrever:

Parte da equação iónica acertada.
Acrescenta a cada ião os contra-iões dos compostos do enunciado (por exemplo $\mathrm{Cl^-}$ em $\mathrm{CuCl_2}$ e $\mathrm{AlCl_3}$).
Confirma que o número de iões espectadores é o mesmo nos dois membros.

Cloro e iões ferro(II) na ETA

Na estação de tratamento, o cloro oxida o $\mathrm{Fe^{2+}}$ a $\mathrm{Fe^{3+}}$ e transforma-se em $\mathrm{Cl^-}$.

Passo 1. Oxidação do ferro: $\mathrm{Fe^{2+} \longrightarrow Fe^{3+} + e^-}$.

Redução do cloro: $\mathrm{Cl_2 \longrightarrow Cl^-}$. Os átomos não estão acertados: precisamos de $2\,\mathrm{Cl^-}$.

Passo 2. Acertar o cloro e depois a carga: $\mathrm{Cl_2 \longrightarrow 2\,Cl^-}$ tem carga 0 à esquerda e $-2$ à direita, logo juntamos 2 eletrões aos reagentes:

$\mathrm{Cl_2 + 2\,e^- \longrightarrow 2\,Cl^-}$

Passo 3. Igualar os eletrões: oxidação ×2.

$\mathrm{2\,Fe^{2+} \longrightarrow 2\,Fe^{3+} + 2\,e^-}$

$\mathrm{Cl_2 + 2\,e^- \longrightarrow 2\,Cl^-}$

Passo 4. Somar:

$$\mathrm{2\,Fe^{2+} + Cl_2 \longrightarrow 2\,Fe^{3+} + 2\,Cl^-}$$

Cargas: $2\times(+2)=+4$ e $2\times(+3)+2\times(-1)=+4$. ✓

Passo 5. Identificar as espécies. O $\mathrm{Fe^{2+}}$ cede eletrões: é o redutor (oxida-se). O $\mathrm{Cl_2}$ recebe eletrões: é o oxidante (reduz-se).

Lista de verificação final

Antes de dares a equação por terminada, confirma sempre:

[ ] Cada semirreação tem átomos e cargas acertados.
[ ] Os eletrões cedidos são iguais aos recebidos antes de somar.
[ ] Os eletrões não aparecem na equação global.
[ ] A carga total à esquerda é igual à da direita.
[ ] Na equação completa, os iões espectadores estão nos dois membros.

Pratica★★★

Numa estação de tratamento de água (ETA), a água captada de furos pode trazer iões $\mathrm{Fe^{2+}}$ dissolvidos, que lhe dão mau aspeto e sabor metálico. Para os…

Numa estação de tratamento de água (ETA), a água captada de furos pode trazer iões $\mathrm{Fe^{2+}}$ dissolvidos, que lhe dão mau aspeto e sabor metálico. Para os remover, adiciona-se cloro, $\mathrm{Cl_2}$, que os transforma em iões $\mathrm{Fe^{3+}}$; estes originam depois compostos pouco solúveis, retirados por filtração.

a) Escreve a semirreação de oxidação do ferro e a semirreação de redução do cloro, sabendo que o cloro se transforma em iões cloreto, $\mathrm{Cl^-}$.
b) Acerta as duas semirreações e escreve a equação iónica global acertada do processo.
c) Identifica o oxidante e o redutor do processo.
d) Confirma, usando os números de oxidação das espécies envolvidas, que se trata de uma reação de oxidação-redução.

Resolver

Vamos praticar! 2 exercícios neste tema

★★☆ Numa experiência de química, a Beatriz mergulhou uma placa de alumínio numa solução de…★★★ Numa estação de tratamento de água (ETA), a água captada de furos pode trazer iões…

Em resumo

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