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Eletroquímica Trata da interconversão entre energia elétrica e energia química. Processos galvânicos – Energia química gerando elétrica. Processos eletrolíticos – Energia elétrica produzindo compostos químicos. Utilizadas como fonte de energia e para a produção de compostos. Envolve a transferência de elétrons e o movimento de íons. 1 1 Reações Redox Reações que envolvem a transferência de elétrons entre duas espécies reagentes Oxidado: o átomo, a molécula ou o íon torna-se mais carregado positivamente. A oxidação é a perda de elétrons. Reduzido: o átomo, a molécula ou o íon torna-se menos carregado positivamente. Redução é o ganho de elétrons. 2 2 Ag+(aq) + Cu(s) 2 Ag(s) + Cu2+ Reações Redox 3 Reações Redox Agente oxidante: reagente que se reduz, retira elétrons de outras substâncias e provoca oxidação. Alguns oxidantes: Compostos à base de elementos fortemente eletronegativos: oxigênio (O2), cloro (Cl2), bromo (Br2), íon hipoclorito (ClO-), dióxido de nitrogênio (NO2), íon perclorato (ClO4-), etc. Cátions metálicos de carga elevada: Fe3+, Ce4+, Co3+, etc. Compostos a base de elementos de transição com grande deficiência de elétrons: íon dicromato (Cr2O72-), íon permanganato (MnO4-), etc. Óxido metálicos: CrO3, SeO2, OsO4, etc. Peróxidos: peróxido de hidrogênio (H2O2), peróxido de benzoíla (COOOH), etc. 4 Reações Redox Agente redutor: reagente que se oxida, cede elétrons para outras substâncias e provoca redução. Alguns redutores: Metais: alcalinos (Li e Na principalmente), alcalino-terrosos (Mg e Ca principalmente) e metais pesados (Zn, Hg e Cd). Compostos sulfurosos e nitrogenados: nitrito (NO2-), sulfeto (S2-), sulfito (SO3-), tiosulfato (S2O32-). Hidretos: LiAlH4, NaBH4, NaH, etc. Sais metálicos de grau de oxidação inferior: SnCl2, MnCl2, SmI2, etc. O hidrogênio (H2): sobre Pt, Pd, níquel de Raney, etc. Compostos orgânicos: aldeídos, álcoois, vitamina C, etc. 5 Números de oxidação O número de oxidação para um íon: é a carga no íon. O número de oxidação para um átomo: é a carga hipotética que um átomo teria se fosse um íon. Os números de oxidação são determinados por uma série de regras: Se o átomo estiver em sua forma elementar, o número de oxidação é zero. Por exemplo, Cl2, H2, P4. Para um íon monoatômico, a carga no íon é o estado de oxidação. 6 Números de oxidação Os não-metais normalmente têm números de oxidação negativos: O número de oxidação do O geralmente é –2. O íon peróxido, O22-, tem oxigênio com um número de oxidação de –1. O número de oxidação do H é +1 quando ligado a não-metais e –1 quando ligado a metais. O número de oxidação do F é –1. A soma dos números de oxidação para o átomo é a carga na molécula (zero para uma molécula neutra). 7 Números de oxidação Exemplos - Calcule o número de oxidação dos elementos presentes nas espécies abaixo: 8 K2Cr2O7 IO4- KO2 HClO O2 Etanal KMnO4 OF2 Dimetilcetona NaNO3 H2O2 Ácido acético Semi-reações As semi-reações são um meio conveniente de separar reações de oxidação e de redução. As semi-reações para: Sn2+(aq) + 2Fe3+(aq) Sn4+(aq) + 2Fe2+(aq) são: Sn2+(aq) Sn4+(aq) +2e- 2Fe3+(aq) + 2e- 2Fe2+(aq) Oxidação: os elétrons são produtos. Redução: os elétrons são reagentes. 9 9 Balanceamento Método do íon elétron: Meio ácido Separe a reação em suas semi-reações de oxidação e redução. Para cada semi-reação: Faça o balanço de matéria para os elementos com exceção do oxigênio e do hidrogênio. Realize o balanço do elemento oxigênio acrescentando moléculas de água. Equilibre o número de átomos de hidrogênio adicionando íons H+. Faça o balanço de cargas adicionando elétrons (e-). Some as duas semi-reações balanceadas e efetue o corte de espécies que apareçam nos dois membros da equação. 10 10 Balanceamento Método do íon elétron: Meio básico Separe a reação em suas semi-reações de oxidação e redução. Para cada semi-reação: Faça o balanço de matéria para os elementos com exceção do oxigênio e do hidrogênio. Realize o balanço do elemento oxigênio acrescentando moléculas de água. Equilibre o número de átomos de hidrogênio adicionando água no lado em que faltam hidrogênios e a mesma quantidade de íons OH- no lado oposto. Faça o balanço de cargas adicionando elétrons (e-). Some as duas semi-reações balanceadas e efetue o corte de espécies que apareçam nos dois membros da equação. 11 11 Balanceamento Para : KMnO4 + Na2C2O4 (meio ácido) As duas semi-reações incompletas são: MnO4-(aq) Mn2+(aq) C2O42-(aq) 2CO2(g) Balanceada: 2MnO4-(aq) +16H+(aq) + 5C2O42-(aq) 2Mn2+(aq) + 8H2O(l) + 10CO2(g) 2KMnO4(aq) +8H2SO4(aq) + 5Na2C2O4(aq) 2MnSO4(aq) + 8H2O(l) + 10CO2(g)+ 5Na2SO4 + K2SO4 12 12
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