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Eletroquímica

Química do A-Level · Tópico 6

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6:34

Eletroquímica e Redox

Duas peças de ferro. Uma está enferrujando silenciosamente em um cercado. A outra está dentro de uma bateria, empurrando elétrons pelo seu telefone. Parecem completamente…

Narração em inglês · Legendas em inglês + 中文 gravadas

6.1

Número de oxidação

Programa
  1. calcular números de oxidação de elementos em compostos e íons
  2. usar mudanças nos números de oxidação para ajudar a balancear equações químicas
  3. explicar e usar os termos redox, oxidação, redução e disproporcionamento em termos de transferência de elétrons e mudanças no número de oxidação
  4. explicar e usar os termos agente oxidante e agente redutor
  5. usar um numeral romano para indicar a magnitude do número de oxidação de um elemento

Fonte: Programa Cambridge International

O número de oxidação 氧化数 (também chamado estado de oxidação) mostra quantos elétrons 电子 um átomo perdeu ou ganhou em comparação com o elemento livre. Você o calcula usando regras simples:

  • um elemento não combinado tem número de oxidação de $0$.
  • um íon simples tem número de oxidação igual à sua carga (portanto $\text{Mg}^{2+}$ é $+2$).
  • O Grupo 1 é sempre $+1$, o Grupo 2 é sempre $+2$.
  • hidrogênio é $+1$ (mas $-1$ em hidretos metálicos).
  • oxigênio é $-2$ (mas $-1$ em peróxidos).
  • flúor é sempre $-1$.
  • os números de oxidação em um composto neutro somam $0$; em um íon, somam a carga.

Um numeral romano indica o tamanho do número de oxidação de um elemento; por exemplo, ferro(II) significa $+2$ e manganês(VII) em $\text{KMnO}_4$ significa $+7$.

Calculando o número de oxidação do manganês no KMnO4: potássio é +1, os quatro oxigênios dão -8, e como somam zero, o manganês deve ser +7
Atribuir um número de oxidação: fixe os átomos conhecidos (K = +1, O = −2 cada), depois use "somam zero" para encontrar o desconhecido (Mn = +7)

Exemplo resolvido. Encontre o número de oxidação do enxofre no íon sulfato, $\text{SO}_4^{2-}$.

Cada oxigênio é $-2$, então os quatro oxigênios dão $4 \times (-2) = -8$. Em um íon, os números somam a carga, aqui $-2$. Se o enxofre for $x$:

$$x + (-8) = -2 \quad\Rightarrow\quad x = +6.$$

Exemplo resolvido. Encontre o número de oxidação do nitrogênio no íon nitrato, $\text{NO}_3^-$.

$$x + 3 \times (-2) = -1 \quad\Rightarrow\quad x - 6 = -1 \quad\Rightarrow\quad x = +5.$$
Vocabulário Treinar
Inglês Chinês Pinyin
oxidation number/ˌɒksɪˈdeɪʃn ˈnʌmbə/ 氧化数 yǎng huà shù
electron/ɪˈlektrɒn/ 电子 diàn zi
oxidation/ˌɒksɪˈdeɪʃn/ 氧化 yǎng huà
6.1

Redox em termos de elétrons

Várias pilhas AA
Uma bateria usa reações redox para empurrar elétrons ao redor de um circuito.

Uma reação redox 氧化还原 é aquela na qual elétrons se movem de uma espécie para outra.

  • oxidação 氧化 é a perda de elétrons. O número de oxidação sobe.
  • redução 还原 é o ganho de elétrons. O número de oxidação desce.

Uma dica mnemônica útil é OIL RIG: Oxidation Is Loss, Reduction Is Gain.

Oxidação e redução acontecem sempre juntas, porque os elétrons perdidos por uma espécie são ganhos por outra. Essa transferência de elétrons 电子转移 é por que chamamos de reação redox.

Zinc perdendo dois elétrons para tornar-se Zn2+ enquanto íons de cobre os ganham para se tornarem cobre, com uma seta mostrando a transferência de elétrons
Redox é transferência de elétrons: o agente redutor perde elétrons (oxidado, número sobe); o agente oxidante os ganha (reduzido, número desce)
Explorar

Redox é transferência de elétrons

Passo a passo: o metal perde (é oxidado) e o não-metal ganha (é reduzido) — o número de oxidação sobe para um, desce para o outro.

Vocabulário Treinar
Inglês Chinês Pinyin
redox/rɪˈdɒks/ 氧化还原 yǎng huà huán yuán
reduction/rɪˈdʌkʃn/ 还原 huán yuán
electron transfer/ɪˈlektrɒn ˈtrænsfɜː/ 电子转移 diàn zi zhuǎn yí
6.1

Usando números de oxidação para balancear equações

Mudanças no número de oxidação ajudam você a balancear uma equação redox:

  1. encontre o elemento cujo número de oxidação sobe (ele é oxidado) e aquele cujo número desce (ele é reduzido).
  2. a subida total deve ser igual à descida total, porque todo elétron perdido é ganhado em algum lugar.
  3. escolha a razão entre as duas espécies para que a subida e a descida correspondam, então balanceie o resto da equação.
Ferro subindo de +2 para +3 em uma unidade e manganês caindo de +7 para +2 em cinco unidades, então cinco ferros equilibram um permanganato
Balanceando uma equação redox: a subida total no número de oxidação deve ser igual à descida total, o que fixa a razão

Exemplo resolvido. Balanceie a reação de manganato(VII) com ferro(II) em ácido: $\text{MnO}_4^- + \text{Fe}^{2+} + \text{H}^+ \rightarrow \text{Mn}^{2+} + \text{Fe}^{3+} + \text{H}_2\text{O}$.

O manganês cai de $+7$ para $+2$ (uma queda de $5$); o ferro sobe de $+2$ para $+3$ (uma subida de $1$). Para fazer com que a queda total seja igual à subida total, tome $5$ iões de ferro para cada $1$ ião manganato. Depois equilibre o oxigénio com água ($4\,\text{H}_2\text{O}$) e o hidrogénio com $\text{H}^+$ ($8\,\text{H}^+$):

$$\text{MnO}_4^- + 5\text{Fe}^{2+} + 8\text{H}^+ \rightarrow \text{Mn}^{2+} + 5\text{Fe}^{3+} + 4\text{H}_2\text{O}.$$
6.1

Desproporcionamento

Desproporcionamento 歧化 é uma reação redox especial na qual o mesmo elemento é tanto oxidado quanto reduzido ao mesmo tempo. Por exemplo, quando cloro reage com água fria, alguns átomos de cloro são reduzidos (para $\text{Cl}^-$) e outros são oxidados (para $\text{ClO}^-$).

Uma linha de número de oxidação mostrando cloro em 0 subindo para +1 em ClO- e descendo para -1 em Cl-
Desproporcionamento: cloro ($0$) é tanto oxidado para ClO$^-$ ($+1$) quanto reduzido para Cl$^-$ ($-1$) ao mesmo tempo
Vocabulário Treinar
Inglês Chinês Pinyin
disproportionation/ˌdɪsprəˈpɔːʃəneɪʃn/ 歧化 qí huà
oxidising agent/ˈɒksɪdaɪzɪŋ ˈeɪdʒənt/ 氧化剂 yǎng huà jì
reducing agent/rɪˈdjuːsɪŋ ˈeɪdʒənt/ 还原剂 huán yuán jì
6.1

Agentes oxidantes e redutores

Ferrugem em uma superfície de ferro
A ferrugem é a oxidação do ferro pelo oxigênio.
  • um agente oxidante 氧化剂 retira elétrons de outra espécie. Ao fazer isso, ele próprio é reduzido.
  • um agente redutor 还原剂 entrega elétrons a outra espécie. Ao fazer isso, ele próprio é oxidado.

Assim, em qualquer reação redox, o agente oxidante causa a oxidação da outra espécie, enquanto o agente redutor causa a redução.

6.1

Dicas de prova

  • Aplique as regras do número de oxidação em ordem: O é $-2$ exceto em peróxidos ($-1$); H é $+1$ exceto em hidretos metálicos ($-1$).
  • Em uma equação redox, o aumento total é igual à diminuição total no número de oxidação — use isso para fixar a razão, depois balanceie O com $\text{H}_2\text{O}$ e H com $\text{H}^+$.
  • Um agente oxidante é reduzido; nomeie tanto o que é oxidado/reduzido quanto o agente para obter nota completa.
  • Disproportionação é quando o mesmo elemento é oxidado e reduzido — mostre ambas as mudanças no número de oxidação.

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