Um dos processos do ciclo natural do nitrogênio, responsável pela formação de cerca de 5% do total de compostos de nitrogênio solúveis em água, essencial para sua absorção pelos vegetais, é a sequência de reações químicas desencadeada por descargas elétricas na atmosfera (raios), que leva à formação de
gasoso pela reação entre
e
presentes na atmosfera. A segunda etapa do processo envolve a reação do
com a água presente na atmosfera, na forma de gotículas, representada pela equação química:
a) O processo envolvido na formação de
a partir de
é de oxidação ou de redução? Determine o número de mols de elétrons envolvidos quando 1 mol de
reage.
b) Balanceie a equação química da segunda etapa do processo, de modo que os coeficientes estequiométricos
e t tenham os menores valores inteiros possíveis.
b) Balanceie a equação química da segunda etapa do processo, de modo que os coeficientes estequiométricos
Passo 1
O enunciado dá a sequência de reações atmosféricas que forma
a partir de
e pede duas coisas:
a) dizer se o processo de formação de a partir de
é oxidação ou redução e determinar o número de mols de elétrons envolvidos quando
mol de
reage;
b) balancear a reação
a) dizer se o processo de formação de
b) balancear a reação
encontrando os menores coeficientes inteiros positivos
.
As informações relevantes que temos explicitamente: a equação a ser balanceada (acima) e o conhecimento químico usual dos óxidos e ácidos envolvidos (
,
). A resolução começa no próximo passo.
Passo 2
Entendendo como usar números de oxidação (aula rápida): para saber se há oxidação ou redução olhamos a mudança no número de oxidação de um elemento. Regras práticas que vamos usar:
- Em uma molécula elementar como
, o número de oxidação de é . - Oxigênio em compostos (exceto peróxidos) costuma ser
. - Hidrogênio ligado a não-metais costuma ser
.
Vou calcular o número de oxidação do nitrogênio em
. Seja
o estado de oxidação do nitrogênio em
. Pela soma algébrica das cargas:
Resolvendo,
Portanto, em
o nitrogênio tem número de oxidação
. Em
era
.
Passo 3
Interpretando a mudança de estado de oxidação: passar de
(em
) para
(em
) significa que cada átomo de nitrogênio perdeu
elétrons (cada aumento de +1 na oxidação corresponde à perda de 1 elétron). Logo, cada átomo de
perde
elétrons.
Porém
mol de
contém
mol de átomos de nitrogênio. Assim o total de elétrons perdidos quando
mol de
reage é
Concluímos portanto que o processo é uma oxidação (perda de elétrons pelo nitrogênio) e que há
mol de elétrons envolvidos por mol de
reagido.
Passo 4
Agora vamos balancear a segunda etapa:
Primeiro calculemos os números de oxidação do nitrogênio nos produtos para entender a mudança redox:
- Em
, seja o número de oxidação de N:
Portanto N em
é
.
- Em
, seja :
Resumo das mudanças a partir de
(onde N é
):
-
: aumento de na oxidação → perda de elétron por átomo (oxidação). -
: diminuição de na oxidação → ganho de elétrons por átomo (redução).
Passo 5
Montando a conta de elétrons para balancear: suponha que, entre
mols de
, uma fração
se oxida a
e uma fração
se reduz a
. Então
Cada unidade que se oxida libera
elétron; cada unidade que se reduz consome
elétrons. Portanto o balanço de elétrons exige
Substituindo em
obtemos
Para obter os menores coeficientes inteiros positivos escolhemos
, então
e
. Isso significa: de
moléculas de
,
se oxidam formando
e
se reduz formando
.
Passo 6
Usando
e os produtos correspondentes, a equação fica
Agora balanceamos átomos de oxigênio e hidrogênio para achar
.
Contagem de oxigênios:
- Lado esquerdo:
moléculas de têm átomos de O, mais moléculas de contribuem com átomos de O. Total LHS:
- Lado direito:
moléculas de têm átomos de O, e molécula de tem átomo de O. Total RHS:
Igualando
obtemos
.
Passo 7
Verificação final por átomos:
- Nitrogênio: LHS
(em ), RHS (em e ) → OK. - Oxigênio: LHS
, RHS → OK. - Hidrogênio: LHS
(em ), RHS (em ) → OK.
Também o balanço de elétrons implícito está correto:
moléculas de
oxidam-se (liberando
elétrons no total) e
molécula de
reduz-se (consumindo
elétrons) — elétrons cancelam.
Portanto a equação balanceada com menores coeficientes inteiros é
Resposta
a) oxidação;
mol de elétrons\n
b)
b)