TEMA 01 - Número de Oxidação (NOX)

Número de Oxidação

Bom, pessoal, reparem na reação química abaixo, ela representa uma cena muito comum para todos nós:

            Já conseguiu imaginar o que está acontecendo? Isso mesmo, o ferro virou ferrugem! O ferro aquecido, em contato com o oxigênio, sofre um tipo de reação de oxidorredução e produz o óxido de ferro III, também chamado óxido ferroso ou óxido férrico e popularmente conhecido como ferrugem (há também o óxido de ferro II, FeO, não muito comum de se encontrar na natureza).

            Nas indústrias, o óxido de ferro é levado ao auto-forno, juntamente com o coque siderúrgico, para se obter o Fe puro novamente. Esse processo pode ser representado genericamente pela seguinte reação:

Mas o que devemos notar nesta reação é que nela acontece uma transferência de elétrons. Para entender como isso ocorre, devemos antes compreender o conceito de Nox, em outras palavras, devemos saber encontrar o número de oxidação de cada elemento.

Antes de falar de número de oxidação, será necessário que você se lembre da diferença entre os compostos iônicos e os moleculares.

Hora de Recordar! Você já viu que a condição mais estável para um elemento é ter 8 elétrons na sua última camada (camada de valência). Sabe também que pouquíssimos elementos estão nessa situação (os gases nobres). Assim como nós, humanos, os elementos também procuram a estabilidade, e é essa busca que leva os elementos a se unirem uns aos outros. Tal união pode ser do tipo iônica ou do tipo molecular. Na ligação iônica há uma“doação” de elétrons. Os átomos que têm de 1 a 3 elétrons na camada de valência (metais) tendem a perder esses elétrons, tornando-se partículas carregadas positivamente (cátions). Por outro lado, os átomos que têm mais de 4 elétrons na camada de valência (não-metais) são fortemente eletronegativos, apresentando tendência para receber elétrons, ficando carregados negativamente (ânions). Mas quando a diferença de eletronegatividade entre dois átomos que formam a ligação não for grande, eles se ligarão pelo “compartilhamento” de alguns dos seus elétrons da camada de valência. Esta ligação é chamada covalente e é do tipo molecular.

            Agora que você já se lembrou da diferença entre as ligações iônicas e as covalentes, voltemos ao número de oxidação.

De modo geral, definimos o Nox como sendo uma carga real ou virtual que um átomo apresenta dentro de uma estrutura química.

            Se na ligação iônica a quantidade de elétrons doados é sempre igual à quantidade de elétrons que o elemento possui na sua última camada, e o que recebe, recebe sempre a quantidade necessária para completar sua camada de valência, podemos concluir que nos compostos iônicos o número de oxidação (Nox) corresponde à carga elétrica do íon*, representando, portanto, sua CARGA REAL.

Exemplos:

FeCl₃ (carga do íon ferro é +3 e do íon cloreto é -1, portanto, Nox do Fe = +3 e Nox do Cl = -1).

NaCl (carga do íon sódio é +1 e do íon cloreto é -1, portanto, Nox do Na = +1 e Nox do Cl = -1).

CaS (carga do íon cálcio é +2 e do íon enxofre é -2, portanto, Nox do Ca = +2 e Nox do S = -2).

            Nas ligações covalentes, como as ligações ocorrem por meio de compartilhamento de elétrons, não há íons. Nesse tipo de ligação, ninguém perde nem recebe elétrons, mas estes são compartilhados por ambos. Dessa forma, o Nox desses elementos seria uma CARGA IMAGINÁRIA que o átomo teria se os elétrons de ligação fossem contados para o elemento mais eletronegativo.

Exemplos:

Neste exemplo, temos o Carbono e o Hidrogênio. Pela tabela de eletronegatividade acima, sabemos que o Carbono é mais eletronegativo que o Hidrogênio. Devido a isso, os elétrons compartilhados devem ser contados para ele. É por isso que o Carbono recebe 4 elétrons (Nox = -4) e o Hidrogênio perde 1 elétron (Nox = +1).

Neste segundo exemplo, temos três elementos: carbono, hidrogênio e cloro, sendo o cloro mais eletronegativo que o carbono e o carbono mais eletronegativo que o hidrogênio. Últimos da fila, os três hidrogênios vão perder 1 elétron cada (Nox = +1) e estes serão recebidos pelo carbono, que, por sua vez, cederá 1 desses elétrons para o cloro, ficando com 2 deles (Nox = +2). O cloro, por ter recebido um elétron do carbono, fica com 1 a mais (Nox = -1).

Aqui, a relação é a mesma do exemplo anterior. O hidrogênio perde um elétron (Nox = +1) e o carbono os recebe. Porém, como há dois cloros, os elétrons recebidos serão doados cada um a um cloro, ficando o carbono com nenhum elétron (Nox = 0) e os cloros com 1elétron cada (Nox = -1).

Neste exemplo, há apenas um hidrogênio. O carbono recebe, portanto, 1 elétron. Mas logo o perde para um dos cloros. Contudo, há mais 2 cloros que recebem 1 elétron cada do carbono. Assim, o hidrogênio perde 1 elétron (Nox = +1), o carbono perde 2 elétrons (Nox = +2) e os três cloros recebem um elétron cada (Nox = -1).

Aqui temos quatro cloros. Sabendo que o cloro é mais eletronegativo que o carbono, temos que contar os elétrons para ele. Sendo assim, cada cloro receberá um elétron do carbono (Nox = -1), e este, por sua vez, perderá quatro elétrons, atingindo seu número de oxidação máximo (Nox = +4).

 

Aplicações no dia-a-dia Ex: Aplicação em pilhas e baterias.

Pilhas e/ou baterias podem ser definidas como geradores químicos de energia elétrica. Tecnicamente, a unidade geradora básica é denominada célula. Em muitos casos práticos, a tensão fornecida por uma célula é insuficiente para operar os equipamentos, de forma que duas ou mais são associadas em série, formando conjuntos. Daí o nome pilha ou bateria. Na linguagem do dia-a-dia, o nome célula é pouco usado e esses termos são aplicados mesmo no caso de uma única célula, como as pilhas comuns de 1,5 volts.As baterias, ou melhor, células podem ser classificadas em dois grandes grupos:

Não recarregáveis: as reações que geram a energia não podem ser revertidas pela aplicação de uma fonte externa e, portanto, precisam ser trocadas quando esgotadas.

Recarregáveis: as reações são reversíveis pela aplicação de uma fonte externa. Mas não duram para sempre. O número de ciclos de carga-descarga é limitado e depende do tipo. Alguns tipos, como as de automóveis, são também denominadas acumuladores.

Célula básica

Conforme Figura 01, em um eletrólito aquoso de caráter ácido ou alcalino, encontram-se dois eletrodos de metais diferentes assim designados:Anodo: onde ocorre uma reação de oxidação.Catodo: onde ocorre uma reação de redução.

Figura 01

Na oxidação, o metal do anodo libera elétrons e íons positivos para o eletrólito. Esses elétrons seguem pelo caminho externo (carga) até o catodo, onde se combinam com o metal, liberando íons negativos, que é o processo de redução.Na superfície do catodo os íons fazem as moléculas da água do eletrólito separarem-se em íons de hidrogênio (H⁺) e hidróxido (OH^-).Os íons positivos de hidrogênio combinam-se com os íons negativos do metal do catodo, tornando-os neutros. Os íons negativos de hidróxido caminham pelo eletrólito até o anodo, onde encontram os íons positivos do seu metal. Eles se combinam, resultando em moléculas de água e de óxido do metal. Assim, o anodo é consumido. Os valores de tensões elétricas gerados pelas reações de oxidação e redução são características de cada metal e são obtidos experimentalmente, tomando-se como referência o hidrogênio, considerado de potencial nulo.A tabela ao lado dá os valores para alguns metais. Valor negativo significa reação de redução. Portanto, a tensão de uma célula é dada pela diferença dos potenciais de cada eletrodo:V = Vanodo − Vcatodo  #A.1#Desde que não há nenhum parâmetro de massa ou de volume, fica claro que a tensão gerada não depende do tamanho físico da célula.Pode-se também notar que os níveis de tensões são baixos e, muitas vezes, associações em série são necessárias conforme já comentado.

Figura 01

Número de oxidação: Curiosidades.
http://www.brasilescola.com/quimica/aco-inoxidavel.htm

Talheres em aço inoxidável.

Existem alguns aços que são resistentes à corrosão, são os inoxidáveis. Esses aços são caracterizados pela resistência à corrosão atmosférica, pois quando estão ligados com outros metais como o Cromo e o Níquel, ficam menos reativos. São fabricados a partir do ferro-gusa em altos-fornos.

A expressão aço inoxidável nos dá uma idéia de um material que não se destrói mesmo quando submetido aos mais violentos abusos, mas na verdade esse tipo de aço não é eterno, só apresenta uma maior resistência à corrosão quando submetido a um determinado meio ou agente agressivo.

A resistência à oxidação e corrosão do aço inoxidável se deve principalmente à presença do cromo, que permite a formação de uma película finíssima de óxido de cromo sobre a superfície do aço, que é impermeável e insolúvel nos meios corrosivos usuais.
Assim, podemos definir como aço inoxidável o grupo de ligas ferrosas resistentes à oxidação e corrosão, que contenham no mínimo 12% de cromo.

O aço é facilmente corrosível por ação química ou eletroquímica. O próprio meio ambiente o danifica: o oxigênio do ar, por exemplo, quando entra em contato com o ferro contido no aço forma o óxido de ferro causando alterações naturais, porém, indesejáveis. O próprio nome já indica, aço inoxidável é um aço de alta-liga resistente à ação deteriorante do oxigênio, ou seja, não sofre oxidação. Apresenta propriedades físico-químicas superiores aos aços comuns, sendo a alta resistência à oxidação atmosférica a sua principal característica.

Principais utilizações dos aços inoxidáveis:

• Utensílios domésticos: Grandes eletrodomésticos e pequenos utensílios, como garfos, faca e talheres em geral, e também panelas.

• Em automóveis: produção de peças para veículos automotores como, por exemplo, canos de descarga.

• Na construção civil: em edifícios e casas;

• Na Indústria: alimentação, produtos químicos e petróleo.

• Nos grandes centros urbanos: fachadas e placas de sinalização visual.

Propriedades como resistência à corrosão e à capacidade de compor peças higiênicas e estéticas fazem do aço inoxidável um material muito atrativo para diversas finallidades. Vejamos outras propriedades:

• É resistente a altas temperaturas;

• Permite acabamentos superficiais e formas variadas, o que o faz ainda mais atrativo;

• Possui um forte apelo visual (modernidade, leveza e prestígio);

• Resistência mecânica adequada, o que permite moldá-los;

• Facilidade de limpeza, pois a baixa rugosidade superficial faz com objetos de aço inox sejam mais facilmente higienizados.

Potenciais de oxidação para alguns elementos metálicos e hidrogênio
Al	→	Al3+	+	3e−	1,71 V
Zn	→	Zn2+	+	2e−	0,76 V
Fe	→	Fe2+	+	2e−	0,41 V
Pb	→	Pb2+	+	2e−	0,13 V
H2	→	2H+	+	2e−	0,00 V
Cu	→	Cu2+	+	2e−	−0,34 V
Ag	→	Ag+	+	e−	−0,80 V