Complete a reação entre o sódio metálico ( \mathbf{N a} ) e a água ( \mathbf{H}_{\mathbf{2}} \mathbf{O} ), indicando os produtos formados.

Passo 1

O enunciado pede para completar a reação entre o sódio metálico e a água, indicando os produtos formados. As informações dadas são:
  • reagentes: \mathrm{Na} (sódio metálico) e \mathrm{H_{2}O} (água);
  • devemos escrever a equação química completa e balanceada, com os produtos que se formam.

Passo 2

Primeiro, vamos entender qualitativamente o que acontece: o sódio metálico é um metal alcalino muito reativo que reage com água. Nessa reação ocorre uma troca de elétrons (uma reação de oxidação-redução): o sódio é oxidado (perde elétrons) e o hidrogênio da água é reduzido (ganha elétrons), formando hidróxido de sódio e gás hidrogênio. Vou mostrar isso passo a passo usando meias-reações para ficar bem claro.

Passo 3

Vamos identificar os estados de oxidação antes e depois para ver quem é oxidado e quem é reduzido.
  • No sódio metálico, o sódio tem oxidação 0: \mathrm{Na(0)}.
  • No íon sódio, como em \mathrm{Na^+} (presente em \mathrm{NaOH}), o sódio tem oxidação +1.
  • No \mathrm{H_{2}O}, o hidrogênio tem oxidação +1 e o oxigênio -2.
  • No \mathrm{H_{2}} (gás hidrogênio), o hidrogênio tem oxidação 0.
    Portanto: o sódio vai de 0 para +1 (foi oxidado) e o hidrogênio vai de +1 para 0 (foi reduzido).

Passo 4

Escrevendo as meias-reações (mostrando elétrons):
  • oxidação (sódio perde elétron):
\mathrm{Na} \rightarrow \mathrm{Na^+} + e^-
  • redução (a água recebe elétrons e forma hidrogênio e hidróxido):
2\,\mathrm{H_{2}O} + 2e^- \rightarrow \mathrm{H_{2}} + 2\,\mathrm{OH^-}
Expliquei por que tem 2e^- na redução: cada molécula de \mathrm{H_{2}O} fornece um próton que, ao receber elétrons, forma \mathrm{H_{2}}; para formar uma molécula de \mathrm{H_{2}} (duas H) precisamos de 2 elétrons no total, daí o coeficiente 2.

Passo 5

Agora igualamos o número de elétrons trocados: a oxidação gera 1e^- por átomo de \mathrm{Na}, a redução consome 2e^-. Multiplicamos a meia-reação de oxidação por 2 para cancelar elétrons:
2\;\big(\mathrm{Na} \rightarrow \mathrm{Na^+} + e^-\big) \quad\Rightarrow\quad 2\,\mathrm{Na} \rightarrow 2\,\mathrm{Na^+} + 2e^-
Somando com a meia-reação de redução:
2\,\mathrm{Na} + 2\,\mathrm{H_{2}O} + 2e^- \rightarrow 2\,\mathrm{Na^+} + 2e^- + \mathrm{H_{2}} + 2\,\mathrm{OH^-}
Os 2e^- se cancelam, sobrando a equação iônica global:
2\,\mathrm{Na} + 2\,\mathrm{H_{2}O} \rightarrow 2\,\mathrm{Na^+} + 2\,\mathrm{OH^-} + \mathrm{H_{2}}

Passo 6

Convertemos a forma iônica para a forma molecular: os íons \mathrm{Na^+} e \mathrm{OH^-} combinam-se para formar \mathrm{NaOH}. Assim a equação molecular balanceada é:
2\,\mathrm{Na} + 2\,\mathrm{H_{2}O} \rightarrow 2\,\mathrm{NaOH} + \mathrm{H_{2}}

Passo 7

Vamos checar a conservação de átomos e carga (sempre faça isso na prova):
  • Contagem de átomos à esquerda: Na: 2; H: 2\times2=4; O: 2.
  • À direita: Na: 2 (em 2\,\mathrm{NaOH}); O: 2 (em 2\,\mathrm{NaOH}); H: 2 (em 2\,\mathrm{NaOH}) + 2 (em \mathrm{H_{2}}) total 4.
    Átomos balanceados. Carga total antes e depois é zero (espécies neutras), então está tudo consistente.

Passo 8

Interpretação prática e observações rápidas (úteis para a prova e para lembrar no laboratório):
  • Produto principal em solução é o hidróxido de sódio \mathrm{NaOH}, que deixa a solução fortemente básica.
  • A reação libera gás hidrogênio \mathrm{H_{2}} e desprende calor (é exotérmica). Em pedaços maiores de sódio o hidrogênio pode inflamar, por isso é perigoso.
  • Forma simbólica com estados físicos (útil em provas):
\mathrm{2Na(s)} + \mathrm{2H_{2}O(l)} \rightarrow \mathrm{2NaOH(aq)} + \mathrm{H_{2}(g)}

Resposta

\mathrm{2Na(s)} + \mathrm{2H_{2}O(l)} \rightarrow \mathrm{2NaOH(aq)} + \mathrm{H_{2}(g)}

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