Oxirredução: troca de elétrons e balanceamento

Você já viu ferro enferrujado? A ferrugem acontece quando o metal sofre um processo de oxidação. Neste artigo você terá acesso às principais informações sobre as reações de oxirredução, quando há troca de elétrons, substâncias reduzidas e oxidadas.

O que é oxirredução?

Segundo os princípios químicos, a oxirredução acontece quando uma reação desencadeia troca de elétrons entre átomos. Para isso, o número de oxidação (NOx) dos componentes também é alterado e, por padrão, os produtos e reagentes devem apresentar igualdade entre as partículas perdidas e recebidas. Veja: 

• A redução é o processo em que os átomos em questão recebem elétrons de outras substâncias;
• A oxidação, por sua vez, acontece quando o átomo perde elétrons no sistema químico;
• As reações de oxirredução são aquelas em que os dois processos acontecem simultaneamente: os elétrons partem do material oxidado para o material reduzido.

No corpo humano, as reações de oxidação da glicose permitem que esse substrato participe da formação de energia química para o funcionamento do metabolismo.

De maneira análoga, mecanismos corporais são capazes de reduzir compostos, com o objetivo de armazenar energia, por exemplo.

Outra utilidade notável da oxirredução são as pilhas e baterias: por meio da movimentação dos elétrons entre os ânodos oxidados e cátodos reduzidos, surge uma corrente elétrica. Com a eletricidade gerada, diversos aparelhos desempenham funções eletrônicas e/ou automáticas.

Dada a importância deste assunto para o dia a dia, o Enem e outros vestibulares costumam cobrá-lo com frequência nas provas. Por isso, continue acompanhando este artigo e aprenda como balancear e reconhecer reações de oxirredução. 

Oxidação 

Como citado anteriormente, um composto oxidado é aquele que perde elétrons na reação. Nesse caso, ele será chamado de agente redutor — é o “sujeito” responsável por enviar partículas negativas para o elemento reduzido. 

Quanto ao NOx, ele sofrerá um aumento equivalente aos número de elétrons transferidos. Isso se justifica porque perder partículas negativas faz com que o NOx seja mais positivo, ou seja, o NOx aumenta.

Redução

De modo oposto, as reações de redução acontecem pelo recebimento de elétrons. Perceba que esse ganho eletrônico é quem possibilita a oxidação do outro material, por isso o composto reduzido é chamado de agente oxidante.

O NOx de um átomo reduzido diminui. Isso acontece porque o recebimento de elétrons negativos faz com que o número de oxidação fique ainda mais negativo. Observe na tabela a seguir as informações destacadas até o momento:

Balanceamento de equações

Para que uma reação de oxirredução esteja corretamente descrita, é necessário que o número de elétrons perdidos seja equivalente ao valor de elétrons recebidos entre os átomos. 

A principal ferramenta utilizada no balanceamento das reações redox é o número de oxidação. 

1. O primeiro passo, então, é determinar o NOx de cada átomo nas substâncias;
2. Depois, é necessário observar os elementos que sofreram alterações nos NOx quando comparados entre reagentes e produtos;
3. Nessa etapa é importante considerar o número de átomos presentes no composto, multiplicar pelo número de elétrons trocados e, com isso, calcular a variação do NOx (Δ) deles;
4. A variação do NOx de oxidação (Δoxi) será coeficiente do elemento reduzido;
5. A variação do NOx de redução (Δred) será coeficiente do elemento oxidado; e 
6. O balanceamento prosseguirá com a tentativas de coeficientes que equilibrem a reação química. 

Confira agora uma aplicação prática desse método, com a reação a seguir:

KMnO₄ + HCl → KCl + MnCl₂ + Cl₂+ H₂O

O valor do NOx dos elementos segue princípios pré-estabelecidos, que são tratados na aula abaixo:

Com isso, os passos podem ser seguidos:

1. O NOx de cada átomo nas substâncias segue a seguinte disposição

K⁺¹Mn⁺⁷O₄^-2 +  H⁺¹Cl^-1 → K⁺¹Cl^-1 + Mn⁺²Cl₂^-1 +  Cl₂⁰ + H₂⁺¹ O^-2

2. KMn⁺⁷O₄ +  HCl^-1 → KCl + Mn⁺²Cl₂ +  Cl₂⁰ + H₂O
   Perceba que os átomos de manganês e o átomo de cloro sofreram alterações em seu número de oxidação;

3. No manganês (Mn) o NOx é alterado de +7 para +2, de forma que sofreu uma diminuição no valor. Com isso, sabemos que o manganês está sujeito ao processo de redução química.
   

Como há apenas um átomo de Mn em cada composto, pode-se dizer que

Δred= maior número de átomos do elemento . |NOx final – NOx inicial|
Δred=1.|2-7|
Δred=1.5
Δred=5

Por outro lado, o NOx do cloro (Cl) varia de -1 para 0. Conforme a disposição dos números inteiros, isso indica um aumento do número de oxidação, característica de elementos oxidados.

No caso do cloro, o composto Cl₂ possui dois átomos do elemento, por isso a variação será dada por:

Δoxi= maior número de átomos do elemento . |NOx final – NOx inicial|
Δoxi=2.|0-(-1)|
Δoxi=2.1
Δoxi=2

4. Com essas informações em mão, é necessário utilizar o Δoxi=2 como coeficiente do elemento reduzido, ou seja:

KMnO₄ +  HCl → KCl + 2 MnCl₂ + Cl₂ + H₂O

5. Por sua vez, é possível determinar que o Δred=5 será coeficiente do elemento oxidado, que é o cloro. De forma que será priorizado o lado da reação que apresenta mais átomos de cloro:
   KMnO₄ +  HCl → KCl + 2 MnCl₂ + 5 Cl₂ + H₂O
   
6. Para prosseguir o balanceamento, utilizam-se os cálculos matemáticos simples que equilibrem o processo reacional:
   • Observa-se que existem 2 átomos de manganês como produto, por isso deve-se adicionar 2 como coeficiente do permanganato de potássio

2 KMnO₄ +  HCl → KCl + 2 MnCl₂ + 5 Cl₂ + H₂O 

• Com a alteração no coeficiente dos reagentes, o número de átomos de potássio nos produtos deve ser dobrado:
  2 KMnO₄ +  HCl → 2 KCl + 2 MnCl₂ + 5 Cl₂ + H₂O
  
• Consideradas as alterações de coeficientes nos produtos, nota-se um total de 16 átomos de cloro. Isso indica que o coeficiente do ácido clorídrico deve ser igual a 16, equilibrando os átomos desse elemento:
  2 KMnO₄ +  16 HCl → 2 KCl + 2 MnCl₂ + 5 Cl₂ + H₂O
  
• Por fim, o número de átomos de oxigênio e hidrogênio nos produtos deve se igualar ao de reagentes. Com 8 moléculas de água, teremos os 16 átomos de H e 8 átomos de O₂. 

2 KMnO₄ +  16 HCl → 2 KCl + 2 MnCl₂ + 5 Cl₂ + 8 H₂O

+ Veja também: O que cai sobre Eletroquímica no Enem?

Questão de oxirredução nos vestibulares

ANHEMBI MORUMBI (Medicina) 2014

A equação descreve, de forma simplificada, o processo de respiração celular em organismos aeróbicos.

C₆H₁₂O₆ (s) + 6 O₂ (g) → 6 CO₂ (g) + 6 H₂O (l) 

Dado: ∆H° combustão = – 2 802,7 kJ/mol.

No processo de respiração celular, conforme equação apresentada, o reagente oxidante é

a) o carboidrato.
b) o calor.
c) o gás oxigênio.
d) a água.
e) o dióxido de carbono.

Os valores de NOx dessa reação será:

C⁺⁴₆H^-1₁₂O^-2₆(aq) + 6 O⁰₂(g) → 6 C⁺⁴O^-2₂(g) + 6 H⁺¹₂O^-2(l) 

Observe que o NOx do oxigênio e do hidrogênio sofreram alterações:

• O hidrogênio teve um aumento no em seu número de oxidação, ou seja, oxidou e é o agente redutor;
• Já o oxigênio (O₂) sofreu redução e seu NOx diminui — é o agente oxidante. Assim, a alternativa correta será a letra C.

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