Identifique as substâncias oxidada e a reduzida nas seguintes reações. Mostre os estados de oxidação de cada átomo e os estados físicos de cada substância.
\mathrm{Pb}\left(\mathrm{NO}_{3}\right)_{2} \rightarrow \mathrm{PbO}+\mathrm{NO}_{2}+\mathrm{O}_{2}

Passo 1

O enunciado dá a reação
\mathrm{Pb}(\mathrm{NO}_3)_2 \rightarrow \mathrm{PbO} + \mathrm{NO}_2 + \mathrm{O}_2
e pede que eu identifique:
  • qual substância (ou átomo) é oxidada;
  • qual substância (ou átomo) é reduzida;
  • mostre os estados de oxidação de cada átomo envolvido;
  • e indique os estados físicos de cada substância.
    As informações relevantes fornecidas são apenas a equação química acima.

Passo 2

Vou lembrar as regras práticas para atribuir números de oxidação (vou explicar passo a passo, como se estivéssemos resolvendo na prova):
  • Regra 1: Elementos livres (na forma molecular simples, ex.: \mathrm{O}_2, \mathrm{N}_2) têm número de oxidação igual a 0.
  • Regra 2: Para íons monoatómicos, o número de oxidação é igual à carga do íon.
  • Regra 3: Oxigênio em compostos (exceto peróxidos e alguns compostos com flúor) costuma ter número de oxidação -2.
  • Regra 4: Hidrogênio ligado a não-metais costuma ser +1; ligado a metais costuma ser -1. (Aqui não temos H, só para lembrar.)
  • Regra 5: A soma dos números de oxidação dos átomos de uma espécie é igual à carga da espécie (0 para compostos neutros, ou a carga do íon).
    Essas regras são suficiente para a nossa reação.

Passo 3

Determino primeiro os estados de oxidação nos reagentes, examinando a unidade \mathrm{Pb}(\mathrm{NO}_3)_2.
  1. No íon nitrato \mathrm{NO}_3^{-}:
  • cada oxigênio vale -2 (regra 3).
  • Seja x o número de oxidação do nitrogênio em \mathrm{NO}_3^{-}. Pela regra 5:
x + 3\cdot(-2) = -1.
Isso dá
x -6 = -1 \quad\Rightarrow\quad x = +5.
Logo, em \mathrm{NO}_3^{-} temos \text{ox}(\mathrm{N}) = +5 e \text{ox}(\mathrm{O}) = -2.
  1. Em \mathrm{Pb}(\mathrm{NO}_3)_2 o composto é neutro. Cada \mathrm{NO}_3 tem carga -1, e há dois nitratos, total -2. Seja y o número de oxidação do chumbo:
y + 2\cdot(-1) = 0 \quad\Rightarrow\quad y -2 = 0 \quad\Rightarrow\quad y = +2.
Então, no reagente \mathrm{Pb}(\mathrm{NO}_3)_2 temos \text{ox}(\mathrm{Pb}) = +2, \text{ox}(\mathrm{N}) = +5 (no nitrato) e \text{ox}(\mathrm{O}) = -2 (no nitrato).

Passo 4

Agora os produtos: \mathrm{PbO}, \mathrm{NO}_2 e \mathrm{O}_2.
  1. Em \mathrm{PbO}: oxigênio vale -2. Seja z o ox do Pb:
z + (-2) = 0 \quad\Rightarrow\quad z = +2.
Portanto \text{ox}(\mathrm{Pb\\ em\\ PbO}) = +2 e \text{ox}(\mathrm{O\\ em\\ PbO}) = -2.
  1. Em \mathrm{NO}_2: seja x' o ox do nitrogênio:
x' + 2\cdot(-2) = 0 \quad\Rightarrow\quad x' -4 = 0 \quad\Rightarrow\quad x' = +4.
Logo \text{ox}(\mathrm{N\\ em\\ NO_2}) = +4 e \text{ox}(\mathrm{O\\ em\\ NO_2}) = -2.
  1. Em \mathrm{O}_2 (oxigênio molecular): por regra 1, \text{ox}(\mathrm{O\\ em\\ O_2}) = 0.

Passo 5

Compare agora as variações de oxidação de cada elemento (o que mudou entre reagente e produto):
  • Nitrogênio: vai de \text{ox}(\mathrm{N}) = +5 (em \mathrm{NO}_3^- no reagente) para \text{ox}(\mathrm{N}) = +4 (em \mathrm{NO}_2 no produto). Uma diminuição no número de oxidação ( +5 \rightarrow +4) significa ganho de elétrons: o nitrogênio foi reduzido.
  • Oxigênio: alguns oxigênios que eram \text{ox} = -2 (nos nitratos) passam a parte para \mathrm{O}_2 com \text{ox} = 0. Aumentou o número de oxidação ( -2 \rightarrow 0) significa perda de elétrons: o oxigênio foi oxidado.
  • Chumbo: \text{ox}(\mathrm{Pb}) = +2 tanto em \mathrm{Pb}(\mathrm{NO}_3)_2 quanto em \mathrm{PbO}; não há mudança de oxidação do Pb (não é nem oxidado nem reduzido).

Passo 6

Conclusões finais (e estados físicos típicos para a decomposição térmica deste sal):
  • Substância reduzida: o nitrogênio (dos íons \mathrm{NO}_3^{-} em \mathrm{Pb}(\mathrm{NO}_3)_2), que vai de +5 para +4 formando \mathrm{NO}_2. Ou seja, a parte nitrogênio é a reduzida (produto: \mathrm{NO}_2).
  • Substância oxidada: o oxigênio (dos íons \mathrm{NO}_3^{-} em \mathrm{Pb}(\mathrm{NO}_3)_2), que vai de -2 para 0 formando \mathrm{O}_2. Ou seja, a parte oxigênio é a oxidada (produto: \mathrm{O}_2).
  • O chumbo ( \mathrm{Pb}) não muda de estado de oxidação ( +2) e forma \mathrm{PbO}.
  • Estados físicos típicos nesta decomposição (condição usual de aquecimento do sal sólido):
    \mathrm{Pb}(\mathrm{NO}_3)_2(\mathrm{s}) \rightarrow \mathrm{PbO}(\mathrm{s}) + \mathrm{NO}_2(\mathrm{g}) + \mathrm{O}_2(\mathrm{g}).

Resposta

Oxidada: o oxigênio (dos nitratos em \mathrm{Pb}(\mathrm{NO}_3)_2), que vai de \text{ox}(\mathrm{O})=-2 para \text{ox}(\mathrm{O})=0 formando \mathrm{O}_2.
Reduzida: o nitrogênio (dos nitratos em \mathrm{Pb}(\mathrm{NO}_3)_2), que vai de \text{ox}(\mathrm{N})=+5 para \text{ox}(\mathrm{N})=+4 formando \mathrm{NO}_2.
Estados de oxidação (resumido):
\mathrm{Pb}(\mathrm{NO}_3)_2:\\ \text{ox}(\mathrm{Pb})=+2,\\ \text{ox}(\mathrm{N})=+5,\\ \text{ox}(\mathrm{O})=-2.
\mathrm{PbO}:\\ \text{ox}(\mathrm{Pb})=+2,\\ \text{ox}(\mathrm{O})=-2.
\mathrm{NO}_2:\\ \text{ox}(\mathrm{N})=+4,\\ \text{ox}(\mathrm{O})=-2.
\mathrm{O}_2:\\ \text{ox}(\mathrm{O})=0.
Estados físicos (típicos na decomposição térmica):
\mathrm{Pb}(\mathrm{NO}_3)_2(\mathrm{s}),\\ \mathrm{PbO}(\mathrm{s}),\\ \mathrm{NO}_2(\mathrm{g}),\\ \mathrm{O}_2(\mathrm{g}).

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