Cada uma das seguintes equações de oxirredução balanceadas, identifique os elementos que sofrem variações no número de oxidação e indique o valor da variação em cada caso.
2 \mathrm{Hg}^{2+}(a q)+\mathrm{N}_{2} \mathrm{H}_{4}(a q) \longrightarrow 2 \mathrm{Hg}(l)+\mathrm{N}_{2}(g)+4 \mathrm{H}^{+}(a q)

Passo 1

O enunciado dá a equação balanceada
2\,\mathrm{Hg}^{2+}(aq)+\mathrm{N_2H_4}(aq)\longrightarrow 2\,\mathrm{Hg}(l)+\mathrm{N_2}(g)+4\,\mathrm{H}^+(aq)
O que se pede:
  • Identificar os elementos que sofrem variação no número de oxidação entre reagentes e produtos.
  • Indicar o valor da variação do número de oxidação para cada um desses elementos.
Informações relevantes fornecidas pelo enunciado:
  • Há mercúrio na forma iônica \mathrm{Hg}^{2+} e mercúrio elementar \mathrm{Hg}(l).
  • Há hidrazina \mathrm{N_2H_4} como reagente e \mathrm{N_2} como produto.
  • Aparecem íons \mathrm{H}^+ como produto.
  • A equação já está balanceada.

Passo 2

Regras básicas para atribuir número de oxidação (explicação didática):
  • O número de oxidação (n.o.) de um átomo em uma espécie é uma “conta fictícia” que ajuda a seguir elétrons em reações redox.
  • Regras úteis que vamos usar:
    1. O n.o. de um elemento no estado elemental é \,0.
    2. O n.o. de um íon monoatômico é igual à sua carga (por exemplo, para \mathrm{Hg}^{2+} o n.o. de Hg é \,+2).
    3. Em compostos, o hidrogênio costuma ter n.o. \,+1 (exceto em hidretos metálicos).
    4. A soma dos números de oxidação dos átomos numa espécie deve ser igual à carga total da espécie (por exemplo, em uma molécula neutra a soma é 0; em um íon, é a carga do íon).
Exemplo rápido (aplicado depois): em \mathrm{H_2O}, cada H é +1 e O é -2 porque 2\cdot(+1)+(-2)=0.

Passo 3

Atribuir números de oxidação a cada átomo nas espécies envolvidas (passo a passo).
  1. Mercúrio iônico e elementar:
  • Em \mathrm{Hg}^{2+} o n.o. de Hg é, por regra, igual à carga: \,+2.
    Portanto, \text{n.o. de Hg em }\mathrm{Hg}^{2+}=\;+2.
  • Em \mathrm{Hg}(l), mercúrio está no estado elemental, logo
    \text{n.o. de Hg em }\mathrm{Hg}(l)=\;0.
  1. Hidrazina \mathrm{N_2H_4}:
  • A molécula é neutra, logo a soma dos n.o. dos átomos é 0.
  • Cada hidrogênio vale aproximadamente \,+1 (regra do hidrogênio).
  • Se chamarmos x o n.o. de cada átomo de nitrogênio em \mathrm{N_2H_4}, então 2x + 4\cdot(+1) = 0.Resolvendo: 2x + 4 = 0 \quad\Rightarrow\quad 2x = -4 \quad\Rightarrow\quad x = -2.Portanto, \text{n.o. de N em }\mathrm{N_2H_4} = -2 (cada N).
  1. Nitrogênio molecular \mathrm{N_2}:
  • Em \mathrm{N_2} o nitrogênio está no estado elemental, então
    \text{n.o. de N em }\mathrm{N_2} = 0.
  1. Íon hidrogênio \mathrm{H}^+:
  • Por definição, \text{n.o. de H em }\mathrm{H}^+ = +1.

Passo 4

Determinar as variações (diferença entre produto e reagente) e interpretar como oxidação ou redução.
  1. Mercúrio:
  • Inicialmente: \text{n.o. de Hg} = +2 em \mathrm{Hg}^{2+}.
  • Finalmente: \text{n.o. de Hg} = 0 em \mathrm{Hg}(l).
  • Variação por átomo: \Delta\text{(n.o.)} = 0 - (+2) = -2.O sinal negativo indica que o mercúrio foi reduzido (ganhou elétrons). Cada átomo de Hg ganha 2 elétrons.
  • Como há 2 átomos de \mathrm{Hg}^{2+}, o ganho total de elétrons é 2\times 2 = 4 elétrons.
  1. Nitrogênio:
  • Inicialmente: \text{n.o. de N} = -2 em \mathrm{N_2H_4} (cada átomo de N).
  • Finalmente: \text{n.o. de N} = 0 em \mathrm{N_2}.
  • Variação por átomo: \Delta\text{(n.o.)} = 0 - (-2) = +2.O sinal positivo indica que o nitrogênio foi oxidado (perdeu elétrons). Cada átomo de N perde 2 elétrons.
  • Na molécula \mathrm{N_2H_4} 2 átomos de N, logo a perda total de elétrons é 2\times 2 = 4 elétrons.
  1. Hidrogênio:
  • Em \mathrm{N_2H_4} cada H tem n.o. +1; em \mathrm{H}^+ o n.o. é +1.
  • Variação: \Delta\text{(n.o.)} = +1 - (+1) = 0.Portanto o hidrogênio não muda seu número de oxidação nesta reação.

Passo 5

Conferência de conservação de elétrons (cheque rápido):
  • Total de elétrons perdidos por N: 4.
  • Total de elétrons ganhos por Hg: 4.
  • Como perdas = ganhos, o balanceamento eletrônico está consistente com a equação dada.

Resposta

Hg: \mathrm{Hg}^{2+} \rightarrow \mathrm{Hg}(l); variação do número de oxidação \Delta\text{(n.o.)}=-2 por átomo (redução; ganho de 2 elétrons por átomo; 4 elétrons no total).\n
N: N em \mathrm{N_2H_4} -2 \rightarrow N em \mathrm{N_2} 0; variação do número de oxidação \Delta\text{(n.o.)}=+2 por átomo (oxidação; perda de 2 elétrons por átomo; 4 elétrons no total).

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