NOX - Número de Oxidação em Química

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NOX
Os conhecimentos de NOX são usados, principalmente em Química Geral e Físico-Química.
Em Química Geral, NOX permite:
        calcular as cargas de Ânions Oxigenados e Ânions Não Oxigenados;
  nomenclatura de cátions e ânions;
 determinar as fórmulas químicas de compostos iônicos;
 fazer balanceamento de equações químicas.
Em Físico- Química, por sua vez, é usado para estudar:
 Eletroquímica, ramo da química que estuda Pilhas e Eletrólise.
Dominar este assunto permitirá que você aprenda esses assuntos relacionados com muito mais facilidade.
NOX – O que é NOX?
De forma direta NOX é o Número de Oxidação de um Elemento Químico. E sua sigla NOX é formada exatamente pelas iniciais do nome: Número de OXidação.
Neste momento, pare tudo e preste atenção...
entenda Número de Oxidação como a carga elétrica que um elemento químico tende a ter quando participa de uma ligação química.
Portanto, coloque na cabeça
NOX é CARGA ELÉTRICA.
Determinar o Número de Oxidação de um elemento é dizer qual carga ele possui, enquanto participa de um composto químico.
A lógica é bem simples e tem tudo haver com a Regra do Octeto.
Isso porque os elementos químicos se combinam em ligações químicas (iônicas ou covalentes), buscando se estabilizarem, ou seja, ficar com 8 elétrons na camada de valência.
Para isso eles recebem elétrons, doam elétrons ou compartilham elétrons.
Aqueles que recebem elétrons ficam com carga negativa (NOX negativo), os que doam elétrons ficam com carga positiva (NOX positivo). Aqueles que compartilham elétrons, podem ficar com carga positiva ou negativa, dependendo da ligação formada.
Os elementos químicos que doam elétrons são os METAIS, eles sempre terão número de oxidação positivo.
Já os AMETAIS tendem a receber elétrons ou compartilharem elétrons. Desta forma, eles podem ter número de oxidação variáveis, a depender da quantidade de elétrons que eles recebem ou compartilham.
NOX – Saiba o NOX dos METAIS
Os Metais são os elementos com menos de 4 elétrons na Camada de Valência. Eles tendem a perder os elétrons da sua CV e com isso ficarem carregados positivamente (Número de oxidação Positivo).
A melhor forma de aprender o Número de Oxidação dos metais é analisando a tabela periódica.
Portanto, vamos lá...
Observe essa tabela abaixo:
Preste atenção nas famílias 1A e 2A, as primeira e segunda colunas da tabela periódica.
A família 1A (Metais Alcalinos) possui um elétron na camada de valência, tende a perder esse elétron e ficar com carga +1, ou NOX +1.
            São elementos da Família 1A: Li, Na, K, Rb, Cs, Fr
            Seus cátions são representados assim: Li+, Na+, K+, Rb+, Cs+, Fr+.
A família 2A (Metais Alcalinos Terrosos) possui dois elétrons na camada de valência, tende a perder 2 elétrons e ficar com carga igual a +2, ou NOX +2.
            São elementos da Família 2A: Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra
            Seus cátions são representados assim: Be+2 ,Mg+2, Ca+2, Sr+2, Ba+2, Ra+2.
O Alumínio presente na família 3A possui 3 elétrons na camada de valência, tende a perder 3 elétrons e ficar com carga +3, ou NOX +3 ( Al+3).
Esses elementos, são todos elementos representativos e possuem NOX fixos.
Contudo, alguns metais de transição, aqueles que ficam no meio da tabela periódica, possuem Número de oxidação fixos e outros Número de Oxidação variáveis.
São Exemplos:
NOX – Saiba o NOX dos AMETAIS
Os Ametais, por sua vez, são os elementos com mais 4 elétrons na camada de valência, eles tendem a receber elétrons, ficarem carregados negativamente (NOX negativo) quando estão ligados com metais em ligações iônicas.
Mas, se eles tiverem ligados com outros ametais em ligações covalentes, eles podem ter NOX negativo ou positivo, dependendo da eletronegatividade do composto a quem ele está ligado.
Se ele for mais eletronegativo ( Ex: F, O, N, Cl, Br, I, S, C, P) ele terá Número de Oxidação negativo. Isso porque os elementos mais eletronegativos tendem a puxar para si os elétrons compartilhados em uma ligação covalente. Se puxam elétron para si, ficam mais negativos e o Número de Oxidação fica negativo.
Mas se ele for menos eletronegativo, ele ficará com Número de Oxidação positivo, pois o outro elemento é quem vai puxar os elétrons da ligação, tornando-o deficiente de elétrons, e consequentemente com NOX positivo.
Veja os exemplos resolvidos logo abaixo.
Perceba que o Nitrogênio (N) está ligado a Oxigênio, que é mais eletronegativo que ele. Desta forma, o “O” atrai os elétrons do “N”, deixando-o carregado positivamente.
Esses são exemplos de ametais que apesar de tenderem a receber elétrons, não ficam com NOX negativo, pois estão com ligações covalentes com outros ametais mais eletronegativos ( F, O,N, Cl, Br).
NOX – VALORES DOS NOX DOS AMETAIS
Agora que você sabe que o Número de Oxidação dos Ametais podem ser negativos e positivos a depender se estão ligados a metais, ametais mais eletronegativos ou ametais menos eletronegativos, chegou a hora de sabermos os valores desses NOX.
Olhe a tabela abaixo dos Número de Oxidação dos Ametais:
Perceba que tudo está relacionado à Regra do Octeto. Por exemplo: Se o elemento possui 5 elétrons na camada de valência ele pode tanto receber até 3 elétrons( NOX negativo) para estabilizar com 8 elétrons, como também pode perder até 5 elétrons da CV obtendo NOX positivo.
O mesmo acontece com os elementos da família 6A ( Família dos Calcogêneos). Eles possuem 6 elétrons na camada de valência. Desta forma, para cumprir a Regra do octeto ele pode receber ( ou atrair no caso de ligações covalentes) dois elétrons, ficando com NOX -2, ou no pior das hipóteses, quando ligarem-se a elementos mais eletronegativos, perderem até 6 elétrons da camada de valência, podendo ter NOXs iguais a +6, +4, +2. Perceba que o NOX varia de 2 em 2 unidades.
NOX – COMO DETERMIMAR O NOX DE COMPOSTOS
Você precisa saber 3 regras básicas:
Regra #1 - Substância Simples (formada por átomos de mesmo elemento químico) possui NOX 0(zero). Exemplos de substâncias simples: C, O2, N2, H2, Cl2...
Regra #2 - Substâncias Compostas (formadas por átomos de diferentes elementos químicos) possuem NOX igual a zero. Ou seja, A Soma dos NOXs de seus elementos químicos é igual a zero.
Regra #3 - Em Ânions (estruturas carregadas negativamente), a soma dos NOX dos elementos químicos é igual à carga do ânion.
Para facilitar seu entendimento, vou utilizar alguns exemplos da tabela acima.
Vou te mostrar como aplicar a Regra #2 em apenas 5 passos simples. São eles:
Passo#1 – Veja quais os elementos de Números de Oxidação fixos;
Passo #2 – Coloque os Números de Oxidação acima deles. Obs: No elemento Central você coloca ‘x’
Passo #3 – Multiplique o NOX dele pelo número de átomos do elemento correspondente.
Passo #4 – Some os Números de Oxidação resultantes e iguale a Zero.
Passo #5 – Calcule o Valor de X
Não Esqueça!! Quando tiver mais de um átomo de um elemento químico, você precisa multiplicar a quantidade de átomos pelo respectivo NOX. (PASSO 3)
LEMBRE-SE: A soma de todos os NOX dos elementos químicos deve ser igual a ZERO.
Aprenda com este outro exemplo:
Cálculo de NOX do Enxofre (S) no Ácido Sulfúrico (H2SO4):
LEMBRE-SE: A soma de todos os NOX dos elementos químicos deve ser igual a ZERO.
 
Vamos fazer outro...
Dessa vez vou calcular o Número de Oxidação do Cloro (Cl) do perclorato de sódio (NaClO4). 
Atenção: Quando tiver mais de um átomo de um elemento químico, você precisa multiplicar a quantidade de átomos pelo respectivo NOX. Por isso, no caso do O ( Oxigênio) o NOX total dele ficou -8, pois multiplicou o NOX -2 pelos 4 átomos.
NOX – SAIBA COMO DETERMINAR O NOX DE ÂNIONS
Para determinar o Número de Oxidação de elementos químicos em Ânions (Compostos carregados Negativamente) você deve seguir os mesmos passo a passo.
A única diferença é no passo 4, pois ao invés de você igualar a soma dos NOX a zero, você deve igualar a soma dos NOX à carga apresentada daquela estrutura.
Veja esses exemplos abaixo:
        Nitrito
(NO2 -1) : a carga desse ânion é -1.
        Carbonato ( CO3 -2): a carga deste ânion é -2.
        Fosfato ( PO4 -3): a carga deste ânion é -3.
Determine os NOX do elemento central dos seguintes compostos químicos e coloque a resposta nos comentários abaixo.
Os compostos são:
        Determinar NOX do Manganês (Mn) em KMnO4
        Determinar NOX do Carbono (C) em CaCO3
        Determinar NOX do Cobre (Cu) em Cu2S
        Determinar NOX do Alumínio (Al) em Al2O3
Ocorrem em inúmeras ocasiões: meio fisiológico, industrial ou no ambiente. 
Caracterizam-se pela transferência de elétrons entre as substâncias.
Processos de oxidação: perda de elétrons. 
Processos de redução: ganho de elétrons.
Átomo oxidado transfere e- a um átomo reduzido
Como reconhecer as reações redox?
Através do número de oxidação (nox)
Em processos de Oxidação: corresponde a um aumento no número de oxidação (perda de elétrons);
Em processos de Redução: corresponde a uma diminuição no número de oxidação (ganho de elétrons); 
Agentes oxidantes e redutores
 
Agente oxidante é a espécie que sofre redução (ganha elétrons – diminui nox).
Agente redutor é a espécie que sofre oxidação 
(perde elétrons – aumenta nox).
Ganha 2e- = reduz = agente oxidante
Espécie
nox
Zn(s)
0
Zn2+(aq)
+2
Cu2+(aq)
+2
Cu(s)
0
Zn(s) + Cu2+(aq)  Zn2+(aq) + Cu(s)
Perde 2e- = oxida = agente redutor
Balanceamento das Equações de Oxirredução
Para balancear uma reação de oxirredução, devemos tornar o número de elétrons cedidos pelo redutor igual ao número de elétrons recebidos pelo oxidante.
Observe abaixo a equação:
Veja que a contabilidade do número total de elétrons cedidos pelo redutor e recebidos pelo oxigênio está respeitada, pois:
– Se 1 átomo de Al perde 3 elétrons, então 2×2 = 4 átomos de Al perderão 4×3 = 12 elétrons;
– Se 1 átomos de O ganha 2 elétrons, então 3×2= 6 átomos de O ganharão 6×2=12 elétrons.
Assim, a partir da quantidade de elétrons cedidos e recebidos numa equação de oxirredução, podemos acertar os coeficientes.
O permanganato de potássio (KMnO4) reage com o peróxido de hidrogênio – água oxigenada ─ (H2O2) em meio ácido. A solução de permanganato é violeta, mas, com o tempo, observa-se que ocorre uma descoloração da solução, que libera gás oxigênio. Essa reação pode ser representada pela seguinte equação:
KMnO4 + H2SO4 +H2O2 → K2SO4 +H2O +O2 +MnSO4
Observe que, por exemplo, há apenas um átomo de potássio (K) no primeiro membro (reagentes), mas existem dois átomos de potássio no 2º membro (produtos). Isso mostra que essa reação não está balanceada. Para balanceá-la precisamos seguir as seguintes etapas:
1º) Análise dos números de oxidação (Nox) de cada elemento:
Observe que por meio dos Nox podemos determinar quem sofreu redução ou oxidação. Nesse caso, o átomo de manganês do permanganato perdeu dois elétrons (∆Nox = 7 – 2 = 5), sofrendo, então, redução e atuando como o agente oxidante do oxigênio. O oxigênio do peróxido recebeu dois elétrons do manganês; portanto, ele sofreu oxidação (∆Nox = 0 – (-1) = 1) e agiu como um agente redutor.
(2º) Escolha das espécies químicas em que se deve iniciar o balanceamento:
Começamos o balanceamento pelas espécies que participaram do ganho e da perda de elétrons, que no caso podem ser o permanganato e o peróxido no 1º membro, ou o oxigênio e o sulfato de manganês no 2º membro.
Normalmente o balanceamento é feito nas espécies químicas do 1º membro (reagentes). No entanto, como regra geral, temos os seguintes critérios:
Possui prioridade o membro que tiver maior número de átomos que sofrem oxirredução;
Se o critério acima não for observado, escolhemos o membro com maior número de espécies químicas.
Nessa equação, o 2º membro possui mais espécies químicas, por isso vamos começar o balanceamento com o O2 e com o MnSO4.
(3º) Determinar o número de elétrons recebidos e doados (multiplicar o índice pelo ∆Nox):
Vimos que o ∆Nox do oxigênio foi igual a 1, o que significa que ele recebeu 1 elétron. Porém, são dois átomos de oxigênio, então serão 2 elétrons recebidos:
O2 = ∆Nox = 2 . 1 = 2
No caso do manganês há apenas um átomo dele na espécie química, então serão 5 elétrons doados:
MnSO4= ∆Nox = 1 . 5 = 5
(4º) Igualar os números de elétrons recebidos e doados (inverter os ∆Nox pelos coeficientes):
Para igualar os coeficientes da equação, deve-se ter certeza que a mesma quantidade de elétrons doador pelo peróxido tenha sido recebida pelo permanganato. Para isso basta inverter os ∆Nox das espécies químicas escolhidas pelos seus coeficientes:
O2 = ∆Nox = 2 → 2 será o coeficiente de MnSO4
MnSO4 =  ∆Nox = 5→ 5 será o coeficiente de O2
KMnO4 + H2SO4 +H2O2 → K2SO4 +H2O + 5O2+ 2 MnSO4
Note que dessa forma ficam exatamente 10 elétrons recebidos e doados, conforme explicado na tabela abaixo:
(5º) Continuar balanceamento pelo método de tentativa e erro:
Agora que já sabemos que existem 2 átomos de manganês no 2º membro, esse também será o coeficiente da espécie que possui esse átomo no 1º membro:
2 KMnO4 + H2SO4 +H2O2 → K2SO4 +H2O + 5O2+ 2 MnSO4
Veja que com isso acabamos balanceando também o potássio no 1º membro, que ficou tendo dois átomos desse elemento. Visto que no 2º membro já possui 2 átomos de potássio, então seu coeficiente será 1:
2 KMnO4 + H2SO4 +H2O2 → 1 K2SO4 +H2O +5 O2+2 MnSO4
Agora também sabemos que a quantidade de átomos de enxofre (S) no 2º membro é igual a 3 (1 + 2), consequentemente o coeficiente que colocaremos no ácido sulfúrico é 3:
2 KMnO4 + 3 H2SO4 +H2O2 → 1 K2SO4 +H2O +5 O2+2 MnSO4
Atenção: reações de oxirredução normais poderiam ser terminadas até o final somente com os passos seguidos aqui. No entanto, essa reação envolve água oxigenada (H2O2), sendo um caso especial de reação de oxirredução. Nesses casos, deve-se levar em conta se ela está agindo como agente oxidante ou redutor. Aqui ela é redutora, o que é caracterizado pela produção de O2 e, como todo O2 é proveniente da água oxigenada, as duas substâncias apresentam o mesmo coeficiente. Em razão desse fato, o coeficiente da água oxigenada nessa reação será 5:
2 KMnO4 + 3H2SO4 +5 H2O2 → 1 K2SO4 +H2O +5 O2+2 MnSO4
Dessa forma, todo o primeiro membro está balanceado, tendo no total 16 átomos de H (3 . 2 + 5 . 2 = 16). Assim, o coeficiente da água no 2º membro será 8, que multiplicado pelo índice do H, que é 2, dá 16:
2 KMnO4 + 3H2SO4 +5H2O2 → 1 K2SO4 + 8 H2O +5 O2+2 MnSO4
Pronto, o balanceamento terminou. Mas para verificar se ele está realmente correto falta confirmar se a quantidade de átomos de oxigênio está igual nos dois membros. Veja que tanto no 1º membro (2 . 4 + 3 . 4 + 5 . 2 = 30) quanto no 2º membro ( 1 . 4 + 8 + 5 . 2 + 2 . 4 = 30) deu igual a 30.