Oxirredução

Oxirredução é uma reação que envolve a transferência de elétrons entre substâncias, havendo uma espécie que perde elétrons (oxidação) e outra que ganha (redução). Reações de oxirredução também são chamadas de reações redox. É como uma dança química em que os elétrons mudam de parceiros, gerando energia, transformando materiais ou até mesmo mantendo a vida, como é o caso da fotossíntese das plantas. Logo, entender essas reações nos ajuda a compreender diversos fenômenos, que vão desde processos industriais, como a produção de metais, até questões ambientais, como a ferrugem ou a poluição.

Leia também: Por que os metais enferrujam?

Resumo sobre oxirredução

• Oxirredução é um processo químico que envolve a transferência de elétrons entre substâncias. Nesse processo, ocorrem duas reações simultâneas: oxidação e redução.
• Oxidação é a perda de elétrons por uma espécie química.
• Redução é o ganho de elétrons por outra espécie química.
• O agente redutor é a espécie que perde elétrons, sofre oxidação e provoca a redução de outra.
• O agente oxidante é a espécie que ganha elétrons, sofre redução e causa a oxidação de outra.
• Para identificar uma reação de oxirredução, verifica-se a variação do número de oxidação (NOX) dos elementos.
• São tipos de oxirredução: corrosão, combustão, desproporcionamento, pilhas galvânicas e eletrólise.
• No cotidiano está presente em pilhas, baterias, fotossíntese, ferrugem, clareamento de roupas, corrosão de metais e branqueamento de cabelo.

O que é oxirredução?

Oxirredução é um processo químico que envolve a transferência simultânea de elétrons entre substâncias, em que ocorrem duas reações interligadas: a oxidação e a redução.

Processo de oxirredução

No processo de oxirredução, temos a oxidação, cuja característica é a perda de elétrons por uma espécie química, enquanto na redução, uma espécie química ganha elétrons. Logo, por se tratar de um processo simultâneo, sempre que algo é oxidado, outro é reduzido.

Diante disso, é importante destacar alguns pontos:

• A espécie química que perde elétrons, isto é, sofre oxidação, é denominada agente redutor, pois provoca a redução do NOX (número de oxidação) de outra substância.

• Por outro lado, a espécie que ganha elétrons, ou seja, sofre redução, é chamada de agente oxidante, porquanto gera a oxidação (um aumento do NOX) de outra espécie química.

Veja também: Qual é a regra do número de oxidação (NOX)?

Como identificar uma reação de oxirredução?

Para identificar uma reação de oxirredução, é necessário escrever a equação química da reação e verificar se houve transferência de elétrons entre as substâncias envolvidas. Nesse sentido, é preciso determinar o NOX de cada elemento químico envolvido no processo. Caso haja variação do NOX entre as espécies, então houve transferência de elétrons, logo se trata de uma reação de oxirredução.

Vejamos o clássico exemplo da reação entre o cobre e o zinco:

Zn (s) + Cu²⁺ (aq) → Zn²⁺ (aq) + Cu (s)

Aqui, pressupõe-se que você já conheça as regras do NOX. Por isso, para esse exemplo, vamos citar somente o necessário para a resolução:

1. Substâncias simples têm NOX igual a zero.
2. O NOX de íons monoatômicos é a sua própria carga.

Portanto, ao determinar o NOX de cada elemento participante, é possível identificar aquele que sofreu oxidação e qual teve redução, conforme o esquema abaixo:

Nesse caso temos a seguinte relação:

Zn (s) → Zn²⁺ (aq): NOX aumentou de 0 para + 2, logo o Zn (s) sofreu oxidação.

Cu²⁺ (aq) → Cu (s): NOX reduziu de + 2 para 0, logo o Cu²⁺ (aq) sofreu redução.

Em outras palavras, ao analisar uma reação, pergunte-se:

• Há ganho ou perda de elétrons?
• Alguém está sendo oxidado ou reduzido? Se a resposta for “sim”, você está lidando com uma reação de oxirredução.

Balanceamento por oxirredução

Para fazer o balanceamento de uma equação química por oxirredução, em primeiro lugar determinam-se os números de oxidação de cada elemento antes e depois da reação. Veja um exemplo de uma equação desbalanceada:

KMnO₄ ​+ KI + H₂​SO₄ ​→ MnSO₄ ​+ I₂ ​+ K₂​SO₄ ​+ H₂​O

• Passo 1: início do balanceamento e determinação do NOX de cada elemento participante.

• Passo 2: identificam-se as espécies químicas que sofrem oxidação e redução.

• Passo 3: calcula-se a variação do número de elétrons transferidos em cada processo.

• Passo 4: ajustam-se os coeficientes das substâncias de forma que o total de elétrons perdidos na oxidação seja igual ao total de elétrons ganhos na redução. Para isso, obtém-se a variação de NOX total de cada substância, multiplicando-se cada Δ pelos respectivos números de átomos de cada elemento que oxidou e reduziu.

A multiplicação é feita, preferencialmente, seguindo o lado da equação que possui o maior número átomos de cada elemento. No caso do iodo, a molécula de I₂ possui dois átomos, portanto será Δ x 2. O NOX total da espécie que oxidou será o coeficiente estequiométrico da espécie que reduziu e vice-versa, conforme é mostrado a seguir:

• Passo 5: realiza-se o balanceamento completo, por tentativa, ajustando os átomos de hidrogênio, oxigênio e dos demais elementos, quando necessário, utilizando moléculas de água (H₂O), íons hidrogênio (H⁺) ou hidróxidos (OH⁻), dependendo do meio onde a reação ocorre (ácido ou básico).

2 KMnO₄ ​+ 10 KI + 8 H₂​SO₄ ​→ 2 MnSO₄ ​+ 5 I₂ ​+ 6 K₂SO₄ ​+ 8 H₂​O

O resultado final é uma equação balanceada, que respeita tanto a conservação de massa quanto de carga, garantindo que a reação esteja corretamente representada.

→ Videoaula sobre balanceamento por oxirredução

Tipos de oxirredução

Existem vários contextos diferentes em nosso dia a dia em que ocorre uma reação de transferência de elétrons entre substâncias, portanto existem diferentes tipos de oxirredução.

→ Corrosão

É a oxirredução responsável pela degradação de materiais metálicos, como o ferro. Nesse processo, o ferro é oxidado (perde elétrons) em presença de água e oxigênio, formando ferrugem (óxido de ferro).

→ Combustão

Nesse caso, um combustível, como hidrocarbonetos, reage com o oxigênio, liberando energia na forma de calor e luz. O metano (CH₄), por exemplo, ao sofrer combustão, é oxidado, e o O₂ é reduzido.

→ Reações de desproporcionamento ou auto-oxirredução

Ocorre quando um único elemento sofre oxidação e redução simultaneamente. Por exemplo, o peróxido de hidrogênio (H₂O₂) se decompõe, com o oxigênio sendo oxidado e reduzido ao mesmo tempo:

→ Pilhas galvânicas

Configuram-se em reações espontâneas de oxirredução que geram energia elétrica. Um exemplo é a pilha de Daniell, cuja reação foi demonstrada no início deste artigo por:

Zn (s) + Cu²⁺ (aq) → Zn²⁺ (aq) + Cu (s)

→ Eletrólise

São reações não espontâneas de oxirredução induzidas por uma corrente elétrica externa, como é o caso da eletrólise da água:

2 H₂O + corrente elétrica → 2 H₂ + O₂

→ Outros processos de oxirredução

Oxirreduções também ocorrem em sistemas biológicos, como a respiração celular, processo no qual a glicose é oxidada e o oxigênio é reduzido para produzir energia. Além disso, essas reações estão presentes em reações de decomposição, tratamento de metais e síntese química.

Oxirredução no cotidiano

No cotidiano a oxirredução está presente em processos variados:

• As pilhas e baterias utilizadas em celulares, controles remotos e outros dispositivos funcionam com base em reações de oxirredução, pois são os elétrons transferidos nas reações químicas que geram energia elétrica.

• Nas plantas, o dióxido de carbono é reduzido e a água é oxidada, produzindo glicose e oxigênio.

• O ferro reage com oxigênio e água, formando óxido de ferro (ferrugem).

• Em uma pilha alcalina, o zinco (Zn) é oxidado, liberando elétrons, enquanto o dióxido de manganês (MnO₂) é reduzido.

• Compostos fenólicos presentes em frutas, como maçãs, reagem com o oxigênio do ar, oxidando-se e escurecendo a superfície.

• A queima de gás de cozinha envolve a oxidação do carbono e do hidrogênio, liberando energia.

• O hipoclorito de sódio (NaClO) oxida os pigmentos de manchas de roupas, quebrando suas moléculas e removendo a cor.

• Ao colocar zinco (Zn) em ácido clorídrico (HCl), o zinco é oxidado, e o hidrogênio (H⁺) é reduzido, liberando gás hidrogênio.

• O peróxido de hidrogênio (H₂O₂) oxida os pigmentos do cabelo, clareando-os.

Saiba mais: Qual é a função da eletrólise?

Exercícios resolvidos sobre oxirredução

1. (Unimontes) Em meio ácido, os íons dicromato reagem com o iodeto conforme a reação a seguir:

Com base na reação, é CORRETO afirmar:

a) O íon H+ atua como agente redutor.

b) O íon dicromato atua como agente oxidante.

c) O íon iodeto é reduzido a iodo de acordo com a reação.

d) O número de oxidação do cromo permanece inalterado.

Gabarito: b.

Agente redutor é a espécie que oxida. Agente oxidante é a espécie que reduz. Posto isso, vamos analisar as alternativas:

a) Falso. O íon H⁺ não muda seu número de oxidação durante a reação. Ele apenas atua como fonte de prótons para equilibrar a carga e o meio ácido, mas não participa diretamente da transferência de elétrons. Portanto, não é um agente redutor.

b) Correto. O íon dicromato sofre redução, pois o cromo muda seu NOX de +6 no Cr₂O₇²⁻ para +3 no Cr³⁺. Além disso, ele ganha elétrons, logo é o agente oxidante.

c) Falso. O íon iodeto I⁻ é oxidado, pois seu NOX aumenta de -1 no I^- para 0 no I₂, ou seja, ele perde elétrons, portanto sofre oxidação, e não redução.

d) Falso. Conforme a alternativa “b”, o NOX do dicromato foi reduzido.

2. (FAG) Uma bateria muito comum utilizada na medicina é o marcapasso, que é colocado sob a pele de pessoas com problemas cardíacos, com a finalidade de regular as batidas do coração. A reação responsável pela produção de corrente elétrica pode ser representada pela equação:

HgO(s) + Zn(s) + H₂O(l) → Zn(OH)₂(aq) + Hg(l)

A partir dessas informações, assinale a afirmativa INCORRETA.

a) O mercúrio do HgO sofre uma redução.

b) O metal zinco atua como agente oxidante.

c) A variação do número de oxidação do mercúrio na reação é de + 2 para 0.

d) O zinco aumenta o seu número de oxidação na reação.

e) Nenhuma das alternativas anteriores.

Gabarito: b.

Primeiro vamos identificar quem oxidou ou reduziu a partir dos números de oxidação:

Nesse caso, temos as seguintes premissas:

• O mercúrio sofreu redução, pois teve seu NOX reduzido, portanto é o agente oxidante;
• O zinco sofreu oxidação, pois o seu NOX aumentou, logo é o agente redutor.

A partir disso, podemos inferir que o item INCORRETO é a alternativa “b”.

Fontes

ATKINS, P.; JONES, L.; LAVERMAN, L. A representação das reações redox. In: Princípios de Química: Questionando A Vida Moderna e o Meio Ambiente. 7. ed. Porto Alegre: Bookman, 2018. p. 537–544.

L. BROWN, T. et al. Eletroquímica. In: Química: A Ciência Central. 13. ed. São Paulo: Pearson Education do Brasil., 2016. p. 896–947.

REIS, M. Pilhas e Baterias. In: Química. 1. ed. São Paulo: Editora Ática, 2013. v. 2p. 264–289.