Balancear as seguintes equações redox pelo método das semi-reações.
Passo 1
O enunciado pede para balancear a reação redox
Informações dadas e o que é requerido:
- Reagentes:
e . - Produtos:
, e . - Pedido: encontrar os coeficientes estequiométricos que tornam a equação balanceada, usando o método das semi-reações (half-reactions).
Passo 2
Identificar as semi-reações (quem é oxidado e quem é reduzido) e os números de oxidação — explicando devagar.
Como calcular número de oxidação (breve aula):
- Num composto neutro, a soma dos números de oxidação (NOX) dos átomos é zero.
- Para íons, a soma é igual à carga do íon.
- Oxigênio costuma ser
(exceto peróxidos), hidrogênio costuma ser quando ligado a não-metais. - Metal Zn no estado elementar tem NOX
; em tem NOX . - No
, o N tem NOX (porque ). - No
, o N tem NOX ( porque ).
Então:
- Zn:
. É oxidação (perde elétrons). - N em
: (no ). É redução (ganha elétrons).
Observe: a redução do nitrogênio exige muitos elétrons; teremos que balancear isso com um número apropriado de átoms de Zn.
Passo 3
Montar e balancear a semi-reação de redução do nitrato para amônio em meio ácido — explicação passo a passo.
Queremos balancear:
Passos para balancear em meio ácido:
- Balancear os átomos que não são H ou O: aqui
já balanceado (1 em cada lado). - Balancear oxigênios adicionando
. Esquerda tem 3 O, direita tem 0, então adiciona-se no lado dos produtos para fornecer 3 O:
- Balancear hidrogênios adicionando
. Direita tem H em e H em , total H. Então acrescenta-se no lado dos reagentes:
- Balancear cargas adicionando elétrons
. Carga do lado esquerdo: . Lado direito: . Para igualar, devemos adicionar ao lado esquerdo ou direito? Como o lado esquerdo está mais positivo, adicionamos elétrons ao lado esquerdo para diminuir sua carga até +1. Assim:
Check rápido (verificação): cargas: esquerda
; direita
. Átomos também conferem. Esta é a semi-reação de redução correta.
Passo 4
Montar e balancear a semi-reação de oxidação (Zn → Zn^{2+}).
Zn metálico é oxidado a íon
. Balanceamento:
- Átomos:
já balanceado em átomos. - Carga: esquerda 0, direita
. Para balancear a carga, adiciona-se ao lado direito (elétrons produzidos pela oxidação):
Verificação: cargas: esquerda
; direita
. OK.
Passo 5
Igualar o número de elétrons trocados e somar as semi-reações.
- A semi-reação de redução demanda
. - A semi-reação de oxidação fornece
.
Para cancelar elétrons, multiplicamos a semi-reação de oxidação por(pois ):
Oxidação multiplicada por 4:
Agora somamos a redução e essa oxidação (os
se cancelam):
Cortando os elétrons iguais em ambos os lados, fica a equação iônica líquida:
Passo 6
Converter a equação iônica para a equação molecular com
,
,
,
e
. Explicando como contar os nitratos e prótons.
Raciocínio:
- Em solução ácida com
, cada molécula de fornece um e um . - Na equação iônica temos
e como reagentes explícitos, e no produto aparecem e . - Os cátions formados precisam se combinar com ânions
para formar os sais indicados: - Cada
forma (ou seja, precisa de 2 por ). - Cada
forma (precisa de 1 ).
- Cada
- Com
precisamos de nitratos para formar . Para precisamos de nitrato. Total de necessários nos produtos: . - Cada
fornece 1 e 1 . Na semi-reação foi necessário , logo são necessárias pelo menos para fornecer os prótons. Esses fornecem . - Compare nitratos necessários (9) com nitratos fornecidos (10): haverá 1 nitrato que aparece no lado dos reagentes da equação iônica (aquele
que entrou na semi-reação de redução). Esse fato casa com o número total: nitratos fornecidos por = nitratos consumidos formando os sais + nitrato que participa como reagente na redução. Em outras palavras, usar é consistente com a equação iônica.
Portanto os coeficientes mínimos inteiros são:
-
: (veio da multiplicação da semi-reação de oxidação). -
: (para fornecer ). - Produtos resultam em
, e (estes últimos vindos da semi-reação).
Assim a equação molecular balanceada é:
Passo 7
Verificação final (contagem atômica e de cargas) — sempre cheque!
Contagem de átomos:
- Zn: esquerda
; direita (em ). - N: esquerda
(cada tem 1 N → ); direita (em ) mais em → total . - H: esquerda
(em ); direita (em ) + (em ) → . - O: esquerda
; direita (cada tem 6 O) mais (em ) mais (em ) → .
Tudo confere. A equação está balanceada.