Em 1856, Berthelot preparou metano segundo a reação representada pela equação abaixo, não balanceada:
a) Acerte os coeficientes estequiométricos pelo método da oxirredução.
b) Indique o elemento que se oxida mostrando a variação dos números de oxidação.
b) Indique o elemento que se oxida mostrando a variação dos números de oxidação.
Passo 1
O enunciado dá a reação não balanceada
e pede duas coisas:
- (a) Ajustar os coeficientes estequiométricos pelo método da oxirredução.
- (b) Indicar o elemento que se oxida, mostrando a variação dos números de oxidação.
Informações relevantes fornecidas no enunciado:
- Reagentes:
. - Produtos:
. - A equação inicial não está balanceada; precisamos encontrar coeficientes inteiros mínimos que satisfaçam conservação de átomos e conservação de carga (por oxirredução).
A resolução começa no próximo passo.
Passo 2
Regra rápida e prática para atribuir números de oxidação (NX) que vamos usar aqui:
- Elementos no estado elementar têm
(ex.: metálico). - Hidrogênio em compostos com não-metais costuma ter
. - Oxigênio (não aparece aqui) costuma ser
. - Em compostos iônicos simples, metais têm NX positivo igual à carga do cátion; não-metais como enxofre em sulfetos usualmente têm
. - A soma dos NX em uma molécula neutra é zero.
Vou aplicar essas regras para cada espécie para identificar quem se oxida (perde elétrons) e quem se reduz (ganha elétrons).
Passo 3
Atribuindo números de oxidação nas espécies dadas:
- Para
: supondo enxofre como ,
Portanto em
temos
e
.
-
Para
: então -
Para cobre metálico
no reagente: (elemento livre). -
Para
: o enxofre em sulfeto tem . Como há dois Cu para cada S, cada cobre tem carga , logo . -
Para
: H tem , então
Resumo das variações importantes:
- Carbono:
passa de em para em (ganha elétrons → redução). - Cobre:
passa de (metal) para em (perde elétrons → oxidação). - Enxofre tem
em todos os compostos relevantes (não muda de NX).
Passo 4
Calcular a transferência de elétrons por átomo que muda de NX:
- Carbono:
. Variação (ou seja, cada átomo de C ganha elétrons). - Cobre:
. Variação (cada átomo de Cu perde elétron).
Pelo princípio da conservação de carga (elétrons perdidos = elétrons ganhos), para reduzir 1 átomo de C (ganhar 8 e−) são necessários 8 átomos de Cu sendo oxidados (cada um fornece 1 e−). Portanto a relação eletrônica nos dá que, por cada 1 mol de
que gera 1 mol de
, precisamos oxidar 8 mol de
.
Agora balanceamos os átomos usando essa informação. Denotemos coeficientes:
Equações de conservação de átomos:
- Carbono:
. - Hidrogênio:
. - Enxofre:
. - Cobre:
(pois cada tem 2 Cu).
Escolhemos a unidade mínima tomando
(uma molécula de
):
- Então
. -
. - Enxofre:
. - Cobre:
.
Isso coincide com a necessidade eletroquímica: 8 átomos de Cu oxidados para fornecer os 8 elétrons que juntam o C de
para
.
Passo 5
Escrevendo a equação balanceada com os coeficientes encontrados (menor inteiro possível):
Verificação rápida:
- C:
. - H:
. - S:
(no produto: moléculas de têm S). - Cu:
.
Além disso, elétrons perdidos por(8 e−) = elétrons ganhos por (8 e−). Tudo consistente.
Passo 6
Resposta à parte (b) — elemento que se oxida:
- O elemento que se oxida é o cobre:
passa de (metal) para no produto . Mostrando a variação:
Também é útil notar que o carbono é reduzido: