Introdução a Eletroquímica
Teoria
Existe uma parte da química analítica que estuda os métodos eletroquímicos de análise, que se baseia entre a diferença de potêncial elétrico das espécies envolvidas e é nesse mundo que a gente ta entrando agora!
Mas antes de chegar lá, a gente precisa conversar um pouquinho sobre eletroquímica, beleza?!
NOX
Alguns elementos tem a tendência de ganhar elétrons e outros de perder, com o objetivo de completar o octeto e ficar no seu estado mais confortável!
Quando um elemento perde ou ganha elétrons ele é chamado de íon. Um íon é positivo quando ele perde elétrons, e fica com mais prótons do que elétrons, nesse caso ele é um câtion! Por outro lado quando ele ganha elétrons, sua carga fica negativa e o chamamos de ânion.
O NOX é o seu número de oxidação, que nada mais é do que a carga do elemento ou composto.
Quando o elemento esta em seu estado fundamental, tipo o oxigênio , sua carga é zero, outros exemplos são os gases , , temos também os metais em estado sólido e por ai vai!
Agora, quando o elemento ta sozinho e tem um sobrescrito, tipo ele é um íon e seus NOX são respectivamente e ...Repara que todos os exemplos são metais e todos tem carga positiva!
Isso tem tudo a ver com a eletronegatividade do elemento, os metais tem tendência a perder elétrons, eles são bem pouco eletronegativos!
Mas aqui eu já vou te dando um spoiler do que vem ai, a pergunta que você deve se fazer é “Se os metais tem a tendência de ganhar elétrons, quem ganha e quem perde em uma reação entre dois metais?”
Quando o elemento não esta em seu estado fundamental ele pode assumir vários números de oxidação, mas em alguns casos os NOXs são “fixos” ou variam muito pouco, como por exemplo:
- Metais alcalinos
- Metais alcalinos terrosos
O NOX dos metais alcalinos ) é sempre e ele pode ajudar a gente descobrir o NOX dos outros elementos que estão ligados a ele, como por exemplo:
A gente deduz que o NOX do cloro é porque o o NOX do composto deve ser igual a zero!
Nesse caso o seu NOX é igual a , então no composto Brometo de magnésio a gente pode calcular o NOX do bromo:
Se o composto tem que ser neutro e a gente tem dois bromos, podemos fazer:
E então:
Isso nada mais é do que um balanceamento de cargas!
Mas tem macetinho aqui também! Uma forma mais rápida de descobrir o NOX dos elementos em alguns casos!
Primeiro você escreve a fórmula do composto com todos os índices:
Sempre que o subescrito de um elemento for igual ao módulo do da carga do elemento ao lado, a gente pode fazer isso daqui ó:
Nesse caso a carga do bromo vai ser igual a !! Muito mais fácil, não é?!
Mas esse macete só vai valer pra compostos neutros, ok?
Existem outros elementos em que o NOX são quase sempre os mesmos, eu vou deixar aqui uma tabelinha desses elementos:
Essa tabelinha ajuda bastante a gente, mas a gente tem que usar com cautela!
Nos metais alcalinos e alcalinos terrosos pode confiar, mas como podemos ver o oxigênio, seu NOX é quase sempre , mas em peróxidos (como por exemplo o peróxido de hidrogênio ) seu NOX passa a ser e se ele estiver ligado ao fluor que é mais eletronegativo, temos !
Falando em eletronegatividade, pensar nela é uma boa dica pra não deixar a gente cair em silada!
Se um elemento esta ligado a um outro mais eletronegativo que ele, será que faz sentido ele continuar “puxando” os elétros pra ele e sua carga continuar negativa?!
Não, né?!
Então se os elementos, estiverem ligados a um outro elemento mais eletronegativo então a gente tem que parar e reavaliar seu NOX...é claro que o Flúor não tem caô afinal ele é o cara da supereletronegatividade!! hahaha
Vamos pegar aqui o , nesse caso o oxigênio é mais eletronegativo que o enxofre, então temos:
Isolando o :
Nesse caso o NOX do é , porém o sulfato é um composto iônico, então ao invés de pensar na carga do e do separadamente você pensa na carga do composto, vamos usar nosso macetinho pra visualizar melhor:
Então a carga do sulfato é , mas você reparou que o subescrito do é um né?! Porque aqui ele é uma coisa só!! Muito cuidado sempre que você tiver olhando um composto iônico, beleza?!
E se tiver dúvidas é só usar a boa e velha equaçãozinha que não tem erro!
Reações de Oxirredução
A perda ou ganho desses elétrons acontece por meio de uma reação química que a gente chama de reação de oxirredução, um átomo que perde elétrons se oxida e o que ganha elétrons se reduz.
Pra um ganhar, alguém tem que perder e vise e versa por isso a reação é de oxirredução, tudo acontece junto!
Vamos ver um exemplinho:
O que a gente ta vendo é o zinco perdendo dois elétrons e o cobre ganhando esses mesmos dois elétrons! Pra funcionar tem que ser sempre assim, se um perde, outro ganha!
Dizemos que o esta se oxidando, ou que ele é o agente redutor da reação. Logo o cobre, que esta sofrendo redução é o agente oxidante.
Podemos escrever as semi reações:
Semi reação de oxidação:
Semi reação de redução:
Potenciais de Oxirredução
Agora é a hora da gente voltar com a pergunta lá de cima, “Se os metais tem a tendência de ganhar elétrons, quem ganha e quem perde em uma reação entre dois metais?”
Apesar dos metais terem tendência de perder elétrons espontaneamente alguns tem mais e outros menos e a medida dessa tendência é chamada potencial de oxidação ou potêncial de redução no caso do ganho de elétrons!
Quanto maior o potencial de oxidação, maior a tendência a oxidação e quanto maior o potêncial de redução maior a tendência a redução, é assim que a gente sabe quem vai ganhar e perder elétrons!
Podemos calcular a diferença de potêncial:
Mas como a gente conhece esses potenciais?
Uma semi reação não contece na vida real pra a gente ir lá e medir seu potencial, para resolver esse problema convencionou-se o potencial de redução do hidrogênio como o potencial zero:
Na hora de substituir na formulinha o potencial é zero, logo o resultado vai ser o potencial da semi reação!!!
Mas vc reparou essa bolinha do ?
Ela ta ali porque essa medida considera que a medida foi realizada a , e com solução de concentrações de , nessas condições dizemos que esse é o potencial padrão.
Esses valores são tabelados:
Agora vamos voltar ao nosso exemplo ali de cima, para ele temos:
E podemos então calcular o potencial:
Substituindo os valores:
Tranquilinho, não é!? Agora podemos ir com tudo para os exercícios!
Reações de Oxirredução
Potenciais de Oxirredução
Exercícios Resolvidos
Exercício Resolvido #1
Elaboração própria.
Idetifique abaixo o NOX de cada elemento:
- ;
- ;
Passo 1
A gente quer descobrir o NOX de cada elemento em cada letra, para isso a gente vai usar os NOX conhecidos e calcular o número de oxidação dos demais!
E como a gente vai fazer esse cálculo?!
A soma do NOX de cada elemento, multiplicado pela sua quantidade deve ser igual a carga do composto!
Começando pelo , o composto é neutro, ou seja tem carga zero, então a equação que a gente montar tem que ser igual a zero.
Vamos lá...o NOX do oxigênio é , então:
Temos e , então ficamos com:
Isolando o :
Vamos substituir na equação só pra confirmar:
Show! O Nox do alumínio é !!
Passo 2
É a vez do agora! De novo o NOX do oxigênio é e a carga total do composto é zero, então:
Montando a equaçaozinha:
Calculando:
Então o NOX do nirogênio é igual a !!
Passo 3
O composto da letra é o e aqui a gente tem uma coisinha diferente...a gente vai usar o NOX do sulfato, que é igual a , então:
Montando a igualdade:
Logo:
O NOX do cobre é , porém a gente quer saber o NOX de todos os elementos! O oxigênio a gente já sabe que é , mas e o enxofre?
Vamos montar uma nova equação, mas dessa vez ela não vai ser igual a zero, porque temos um composto iônico:
Isolando o e calculando:
Achamos o NOX do enxofre igual a !
Passo 4
E agora pra acabar, heim!!
Temos:
De novo temos um composto iônico:
Isolando o :
Uhuul, achamos o o NOX do e ele é igual a e o oxigênio que a gente já tava considerando .
Resposta
Exercício Resolvido #2
Elaboração própria.
Existem vários óxidos de nitrogênio, entre eles estão o óxido nitroso , óxido nitrico , e o dióxido de nitrogênio , calcule o NOX do nitrogênio em cada caso.
Passo 1
Vamos nessa, se não temos nenhum peróxido então podemos dizer que o NOX do oxigênio em todos os casos é !!
Vamos escrever as fórmulas com todos os índices pra visualizarmos melhor:
No oxido nitroso o número de nitrogênios é igual ao módulo da carga do oxigênio, então a gente só precisa fazer um :
O NOX do nitrogênio nesse caso é !
Não sentiu firmeza?
Sem problemas, vamos fazer a equaçãozinha:
Isolando o e calculando:
Certinho!!
Passo 2
Bora pro próximo então:
Dessa vez não vai rolar macete, mas a gente faz as contas rapidão:
Achamos:
Passo 3
E agora o dióxido de nitrogênio:
Vamos lá, pá pum:
Calculando:
Passo 4
Os NOXs são respectivamente: .
Resposta
Ei, a resposta está no passo a passo :)
Exercício Resolvido #3
Elaboração própria.
Apesar de vivermos cercados de objetos feitos de ferro, ele não é encontrado no seu estado fundamental na natureza, mas sim na forma de minérios. A hematita (, a magnetita e a pirita são exemplo de minérios de ferro. O número de oxidação do ferro nesses compostos são, respectivamente:
Passo 1
Vamos lá, queremos achar o NOX do ferro em 3 compostos diferentes!
Começando pela hematita e já vemos o que podemos cortar, vamos escrever sua fórmula molecular já com a carga do oxigênio igual a , a carga do ferro vai ser :
Se o número de ferros é igual ao módulo da carga do oxigênio, podemos fazer um e...
Se o NOX do ferro na hematita é igual a , então já podemos cortar as opções e
Passo 2
Agora vamos para a pirita, !
Quando o enxofre não esta ligado a um elemento mais eletronegativo que ele, seu NOX é igual , logo:
Temos apenas um ferro e a carga do oxigênio é , nesse caso então fazemos:
E temos !
Passo 3
E por fim, a magnetita :
Montamos a equaçãozinha:
Isolando e calculando:
Vamos olhar as opções e a resposta certa é a...!
Certo?!
ERRADOOO!!!
Reparou que o número é ? Então, o que temos é uma mistura de e , portanto a resposta certa é a letra !
Resposta
Letra (e).
Exercício Resolvido #4
Elaboração própria.
Na reação de oxiredução abaixo, identifique o agente redutor, o agente oxidante, escreva as semi reações e a reação global balanceada:
Passo 1
Vamos começar com a primeira equação :
Vamos identificar o NOX de cada elemento!
Do lado direito temos o e o em seus estados fundamentais, logo seus números de oxidação são iguais a zero, o hidrogênio e o oxigênio tem NOXs conhecidos de e respectivamente!
Do lado direito a gente tem o íon então só falta saber o NOX do ferro dentro do composto, logo temos:
Usando o macetinho dos subescritos e sobreescritos vemos que o do ferro é igual a , agora vamos olhar a nossa reação química como um todo:
O ferro tinha NOX e passou para , então ele é esta oxidando, portanto é o agente redutor, o oxigênio na forma tinha seu NOX igual a zero também e passou a , logo ele é o agente oxidante!
Passo 2
Agora vamos escrever as semi reações , então vamos olhar pra reação química e separar ela em duas:
Se o ferro perdeu dois elétrons, temos:
Se o NOX do passou de para , porém a gente ta falando do oxigênio que esta sozinho! Se temos oxigênios no lado direito e cada um vai ganhar , então...
As cargas estão balanceadas, mas a semi reação não...agora não tem jeito, vamos pelo método de tentativas
Esta faltando um oxigênio no lado direito..só que se a gente chegar colocando um a mais ai o problema vai virar o hidogênio, então vamos então adicionar mais uma molécula de água:
Opaaa, certinho!!
Passo 3
Agora vamos pegar as semi reações e escrever a reação global!
Precisamos multiplicar a semi reação do ferro por :
Resposta
Agente oxidante:
Agente redutor:
Semi reação de oxidação:
Semi reaçao de oxidação:
Reação global:
Exercício Resolvido #5
Elaboração própria.
Encontre a equação global da reações abaixo de forma que ela seja espontânea, calcule também o valor de :
Passo 1
Vamos lá! Para escrevermos a equação global, precisamos primeiro saber quem ta oxidando e quem ta reduzindo!
Para isso a gente vai dar uma olhada ns valores de , o carinha que vai sofrer oxidação expontâneamente é o que tem o menor valor de potencial padrão e o que vai reduzir o maior!
O do magnésio é e o do cloro é , portanto o cloro oxida e o magnésio reduz.
Vamos reescrever a equação do cloro invertida então:
As duas semi reações envolvem dois mols de elétrons, então só precisamos somar elas:
Passo 2
Para calcular o da reação, fazemos:
Substituindo:
Achamos:
Resposta
