Escreva as semi-reações para:
gás oxigênio em contato com íons hidróxido na água;
gás oxigênio em contato com íons hidróxido na água;
Passo 1
O enunciado pede: escrever as semi-reações (meio-reações) que envolvem o gás oxigênio quando ele está em contato com íons hidróxido na água.
Informações úteis que já temos do enunciado:
Informações úteis que já temos do enunciado:
- A espécie gasosa é
. - O meio contém íons hidróxido:
. - O solvente é água:
. - Querem as semi-reações (metade de reações de oxirredução) apropriadas para meio básico/álcalino.
Passo 2
O que é uma semi-reação e como vamos balanceá-la de forma didática.
- Semi-reação é a parte de uma reação redox que mostra só a redução (ganho de elétrons) ou só a oxidação (perda de elétrons). Em eletrólise/pilhas geralmente escrevemos ambas e somamos para obter a reação total.
- Em meio básico (com
) a técnica prática é: - Balancear átomos que não sejam H e O.
- Balancear oxigênios adicionando
. - Balancear hidrogênios adicionando
. - Balancear cargas adicionando elétrons
. - Converter o balanço para meio básico: para cada
adicionado, acrescentar a mesma quantidade de em ambos os lados; combinar com formando e simplificar.
Vou usar essa rota (balancear em ácido e depois converter para básico) porque é um método sistemático e evita confusões.
Passo 3
Balanceamento da redução completa (
sendo reduzido a água ou a
) — procedimento passo a passo.
- Escreve-se a semi-reação esqueleto (redução de
para espécie contendo H e O):
- Em meio ácido a redução mais comum do oxigênio é para água:
Balanceando em ácido:
- Oxigênio:
tem 2 O, tem 1 O → colocar coeficiente 2 em no produto:
- Hidrogênios: produto tem
H → adicionar no reagente:
- Carga: reagente tem carga
(dos ), produto é neutro → adicionar no reagente para equilibrar carga do lado esquerdo para o direito (lembrando que estamos fazendo redução, então elétrons aparecem no reagente):
- Converter para meio básico: adicionar
em ambos os lados para neutralizar os :
Combinar
no lado esquerdo:
Simplificar subtraindo
de ambos os lados:
Rearranjando os termos para a forma usual:
Essa é a semi-reação de redução do oxigênio em meio básico (transferência de 4 elétrons).
Passo 4
Escrever a semi-reação de oxidação correspondente (a inversa):
A oxidação que corresponde à evolução de oxigênio a partir de é simplesmente a inversa da semi-reação de redução acima. Invertendo-se a direção:
A oxidação que corresponde à evolução de oxigênio a partir de
Essa é a semi-reação de evolução de oxigênio (oxidação do hidróxido) em meio básico.
Passo 5
Existem caminhos alternativos (2 elétrons) que produzem espécies intermediárias — é bom conhecer porque às vezes, dependendo do catalisador, ocorre redução parcial do
a ânions peróxido/hidroperóxido. Dois exemplos úteis em meio alcalino:
- Redução em 2 elétrons formando o íon hidroperóxido (
):
Balanceada em meio básico:
(Nessa semi-reação o oxigênio ganha 2 elétrons formando
.)
- Se o peróxido se protonar (meio ácido ou posterior transformação), forma-se
; em básico a conversão relacionada pode ser escrita, mas a semi-reação acima já mostra a via de 2 elétrons típica em alcalino.
Passo 6
Observações práticas e quando aparece cada uma:
- A via de 4 elétrons (
) é a desejada em muitas aplicações (pilhas a combustível, redução direta do oxigênio) porque dá água/ sem produzir peróxidos indesejados. - A via de 2 elétrons (
) ocorre frequentemente quando o catalisador ou eletrodo favorece transferência parcial; resulta em (ou após protonação), que pode ser indesejável ou útil dependendo da reação. - A semi-reação de oxidação mostrada (
) é a reação de evolução de oxigênio em eletrólise alcalina.