A hidrazina \left(\mathrm{N}_{2} \mathrm{H}_{4}\right) e o tetróxido de dinitrogênio \left(\mathrm{N}_{2} \mathrm{O}_{4}\right) formam uma mistura autoinflamável, utilizada como propulsor de foguetes. Os produtos da reação são \mathrm{N}_{2} e \mathrm{H}_{2} \mathrm{O}. (a) Escreva uma equação química balanceada para essa reação. (b) O que está sendo oxidado e o que está sendo reduzido? (c) Qual substância funciona como agente redutor e qual como agente oxidante?

Passo 1

O enunciado dá uma reação entre hidrazina \left(\mathrm{N}_{2}\mathrm{H}_{4}\right) e tetróxido de dinitrogênio \left(\mathrm{N}_{2}\mathrm{O}_{4}\right) que produz \mathrm{N}_{2} e \mathrm{H}_{2}\mathrm{O}. As perguntas são:
  • (a) Escrever a equação química balanceada.
  • (b) Determinar o que está sendo oxidado e o que está sendo reduzido.
  • (c) Identificar qual substância atua como agente redutor e qual como agente oxidante.
Informações relevantes dadas pelo enunciado:
  • Reagentes: \mathrm{N}_{2}\mathrm{H}_{4} e \mathrm{N}_{2}\mathrm{O}_{4}.
  • Produtos: \mathrm{N}_{2} e \mathrm{H}_{2}\mathrm{O}.
  • Não há outras espécies (íon, elétron, etc.) fornecidas explicitamente pelo enunciado.

Passo 2

Vamos aprender como atribuir números de oxidação (NOX) — passo chave para identificar oxidação/redução.
Regras úteis e simples:
  • O NOX de um átomo em uma espécie elementar (por exemplo \mathrm{N}_{2} puro) é \,0.
  • Em compostos, hidrogênio ligado a não metais costuma ter NOX +1.
  • Oxigênio em compostos costuma ter NOX -2.
  • A soma dos NOX dos átomos que compõem uma espécie neutra é 0; para íons, é a carga do íon.
  • A variação do NOX de um elemento entre reagentes e produtos indica oxidação ou redução: aumento do NOX = oxidação (perda de elétrons); diminuição do NOX = redução (ganho de elétrons).
Exemplo rápido (didático): em \mathrm{H}_2\mathrm{O}, \mathrm{H} é +1 e \mathrm{O} é -2, soma 2\cdot(+1)+(-2)=0.

Passo 3

Atribuir NOX às espécies do problema usando as regras acima:
  • Para \mathrm{N}_{2} (espécie elementar):
    \text{NOX de N em } \mathrm{N}_{2} = 0.
  • Para \mathrm{N}_{2}\mathrm{H}_{4}:
    cada \mathrm{H} tem NOX +1. Soma das contribuições de H é 4\cdot(+1)=+4. Como a molécula é neutra, a soma dos NOX dos dois N mais +4 deve ser 0. Logo
    2\cdot(\text{NOX de N}) + 4\cdot(+1) = 0 \quad\Rightarrow\quad 2\cdot(\text{NOX de N}) + 4 = 0,
\text{NOX de N em } \mathrm{N}_{2}\mathrm{H}_{4} = -2.
  • Para \mathrm{N}_{2}\mathrm{O}_{4}:
    cada \mathrm{O} tem NOX -2. Soma das contribuições de O é 4\cdot(-2)=-8. Como a molécula é neutra,
    2\cdot(\text{NOX de N}) - 8 = 0 \quad\Rightarrow\quad \text{NOX de N em } \mathrm{N}_{2}\mathrm{O}_{4} = +4.
  • Para \mathrm{H}_{2}\mathrm{O}: já conhecido, \mathrm{H}=+1, \mathrm{O}=-2.
Resumo em palavras: o N na hidrazina está em NOX -2; o N no \mathrm{N}_{2}\mathrm{O}_{4} está em NOX +4; o produto \mathrm{N}_{2} tem N em NOX 0.

Passo 4

Identificar oxidação e redução usando as mudanças de NOX:
  • N na hidrazina vai de -2 (em \mathrm{N}_{2}\mathrm{H}_{4}) para 0 (em \mathrm{N}_{2}). Isso é aumento do NOX ( -2 \to 0), portanto N da hidrazina é oxidado.
  • N no \mathrm{N}_{2}\mathrm{O}_{4} vai de +4 para 0. Isso é diminuição do NOX ( +4 \to 0), portanto N do \mathrm{N}_{2}\mathrm{O}_{4} é reduzido.
Explicando de forma prática: o átomo que perde elétrons (aumenta NOX) é o que é oxidado; o que ganha elétrons (diminui NOX) é o que é reduzido.

Passo 5

Agora balancear a equação seguindo conservação de átomos (N, H, O) e checando coerência com transferência de elétrons.
Escreve-se a equação geral com coeficientes desconhecidos:
a\,\mathrm{N}_{2}\mathrm{H}_{4} \;+\; b\,\mathrm{N}_{2}\mathrm{O}_{4} \longrightarrow c\,\mathrm{N}_{2} \;+\; d\,\mathrm{H}_{2}\mathrm{O}
Contagem de átomos gera equações:
  • Nitrogênio: \,2a + 2b = 2c que simplifica para \,a + b = c.
  • Hidrogênio: \,4a = 2d que dá \,d = 2a.
  • Oxigênio: \,4b = d.
Usando d = 2a na equação de oxigênio:
4b = 2a \quad\Rightarrow\quad a = 2b.
Substituindo a = 2b em c = a + b:
c = 2b + b = 3b.
Escolhe-se o menor inteiro positivo para b, que é b=1. Então:
a = 2,\quad b = 1,\quad c = 3,\quad d = 2a = 4.
Portanto a equação balanceada é
2\,\mathrm{N}_{2}\mathrm{H}_{4} + \mathrm{N}_{2}\mathrm{O}_{4} \longrightarrow 3\,\mathrm{N}_{2} + 4\,\mathrm{H}_{2}\mathrm{O}

Passo 6

Verificação pelo ponto de vista de elétrons (coerência redox):
  • Na parte oxidada: cada átomo N em \mathrm{N}_{2}\mathrm{H}_{4} vai de -2 para 0, perda de 2 elétrons por átomo de N. Com a=2 moléculas de \mathrm{N}_{2}\mathrm{H}_{4} 4 átomos de N passando de -2 para 0, total de elétrons perdidos = 4\cdot 2 = 8 elétrons.
  • Na parte reduzida: em \mathrm{N}_{2}\mathrm{O}_{4} 2 átomos de N passando de +4 para 0, cada um ganhando 4 elétrons, total de elétrons ganhos = 2\cdot 4 = 8 elétrons.
Como elétrons perdidos = elétrons ganhos, a estequiometria está consistente com a reação redox.

Passo 7

Identificar agentes oxidante e redutor (definições e conclusão amigável):
  • Agente redutor é a substância que doa elétrons (ou faz outro ser reduzido). Aqui a hidrazina doa elétrons (seu N é oxidado), logo \mathrm{N}_{2}\mathrm{H}_{4} é o agente redutor.
  • Agente oxidante é a substância que recebe elétrons (ou faz outro ser oxidado). Aqui \mathrm{N}_{2}\mathrm{O}_{4} recebe elétrons (seu N é reduzido), logo \mathrm{N}_{2}\mathrm{O}_{4} é o agente oxidante.

Resposta

(a) 2\,\mathrm{N}_{2}\mathrm{H}_{4} + \mathrm{N}_{2}\mathrm{O}_{4} \longrightarrow 3\,\mathrm{N}_{2} + 4\,\mathrm{H}_{2}\mathrm{O}
(b) Oxidado: o nitrogênio em \mathrm{N}_{2}\mathrm{H}_{4}. Reduzido: o nitrogênio em \mathrm{N}_{2}\mathrm{O}_{4}.
(c) Agente redutor: \mathrm{N}_{2}\mathrm{H}_{4}. Agente oxidante: \mathrm{N}_{2}\mathrm{O}_{4}.

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