Questão 6 - Balanceie a seguinte reação: \mathrm{Fe}^{2+}+\mathrm{Cu}^{2+} \rightarrow \mathrm{Fe}^{3+}+\mathrm{Cu}^{+}e responda:
a) Escreva as semi-reações e balanceie a equação
b) Identifique qual espécie sofre oxidação e qual sofre redução
c) Determine o agente oxidante e o agente redutor
d) Indique o número de elétrons transferidos na reação

Passo 1

O enunciado dá a reação química
\mathrm{Fe}^{2+}+\mathrm{Cu}^{2+}\rightarrow\mathrm{Fe}^{3+}+\mathrm{Cu}^{+}
e pede quatro coisas:
a) escrever as semi-reações (meio-reações) e balancear a reação global;
b) identificar qual espécie sofre oxidação e qual sofre redução;
c) determinar o agente oxidante e o agente redutor;
d) indicar o número de elétrons transferidos na reação.
Informações explícitas fornecidas pelo enunciado que vamos usar: as espécies e suas cargas são \mathrm{Fe}^{2+}, \mathrm{Cu}^{2+}, \mathrm{Fe}^{3+} e \mathrm{Cu}^{+}. Não há água, H+ ou OH− envolvidos no enunciado, então a reação é simplesmente entre íons em solução aquosa (mas isso não altera o método de balanceamento de elétrons).

Passo 2

Entendendo o que é oxidação e redução (fundamento necessário e didático).
  • Oxidação é perda de elétrons. Quando um átomo ou íon tem seu número de oxidação aumentado, ele foi oxidado. Ex: se \mathrm{Fe}^{2+} passa a \mathrm{Fe}^{3+}, o número de oxidação vai de +2 para +3, ou seja, aumentou em 1 → houve perda de 1 elétron.
  • Redução é ganho de elétrons. Quando o número de oxidação diminui, houve redução. Ex: se \mathrm{Cu}^{2+} passa a \mathrm{Cu}^{+}, o número de oxidação vai de +2 para +1, ou seja, diminuiu em 1 → houve ganho de 1 elétron.
Vamos calcular rapidamente as variações de número de oxidação para cada espécie (isso confirma quem perde e quem ganha elétrons):
  • Para o ferro: \mathrm{Fe}^{2+} \rightarrow \mathrm{Fe}^{3+}. Variação: +2 para +3 → aumento de +1 → perdeu 1 elétron.
  • Para o cobre: \mathrm{Cu}^{2+} \rightarrow \mathrm{Cu}^{+}. Variação: +2 para +1 → diminuição de 1 → ganhou 1 elétron.

Passo 3

Escrevendo as semi-reações (meio-reações) e colocando os elétrons explícitos.
  • Semi-reação de oxidação (espécie que perde elétrons). O ferro perde um elétron ao passar de \mathrm{Fe}^{2+} para \mathrm{Fe}^{3+}:
\mathrm{Fe}^{2+}\rightarrow\mathrm{Fe}^{3+}+e^{-}
Aqui escrevemos o elétron no lado dos produtos porque ele é perdido.
  • Semi-reação de redução (espécie que ganha elétrons). O cobre ganha um elétron ao passar de \mathrm{Cu}^{2+} para \mathrm{Cu}^{+}:
\mathrm{Cu}^{2+}+e^{-}\rightarrow\mathrm{Cu}^{+}
Aqui o elétron aparece no lado dos reagentes porque é consumido.
Explicação do porquê escrevemos assim: a soma algébrica das cargas deve ser conservada em cada semi-reação; adicionamos elétrons para mostrar explicitamente a transferência de carga. Cada semi-reação acima está tanto balanceada em átomos (um átomo de Fe ou Cu em cada lado) quanto em carga (verificar: na oxidação, lado esquerdo carga +2, lado direito \;(+3)+(-1)=+2; na redução, lado esquerdo \;(+2)+(-1)=+1, lado direito +1).

Passo 4

Balanceamento global pela combinação das semi-reações (cancelando elétrons).
  • Contamos quantos elétrons são produzidos na oxidação e quantos são consumidos na redução. Aqui cada semi-reação envolve exatamente um elétron. Portanto, para que os elétrons se cancelem, basta somar as duas semi-reações sem multiplicadores adicionais.
    Somando:
\mathrm{Fe}^{2+}\rightarrow\mathrm{Fe}^{3+}+e^{-}
\mathrm{Cu}^{2+}+e^{-}\rightarrow\mathrm{Cu}^{+}
ao somar os dois membros, os elétrons e^{-} aparecem nos dois lados e se cancelam, resultando na reação global:
\mathrm{Fe}^{2+}+\mathrm{Cu}^{2+}\rightarrow\mathrm{Fe}^{3+}+\mathrm{Cu}^{+}
  • Verificação de conservação de massa e carga:
    • Átomos: a esquerda há 1 Fe e 1 Cu; a direita há 1 Fe e 1 Cu → massa conservada.
    • Carga total: lado esquerdo (+2)+(+2)=+4. Lado direito (+3)+(+1)=+4. Carga conservada. Logo a equação está balanceada.

Passo 5

Identificando oxidação/redução, agentes e número de elétrons transferidos (explicando conceitos aplicados).
  • Qual espécie sofreu oxidação? Oxidação = perda de elétrons. Como \mathrm{Fe}^{2+}\rightarrow\mathrm{Fe}^{3+} perde 1 elétron, \mathrm{Fe}^{2+} foi oxidado.
  • Qual espécie sofreu redução? Redução = ganho de elétrons. Como \mathrm{Cu}^{2+}\rightarrow\mathrm{Cu}^{+} ganha 1 elétron, \mathrm{Cu}^{2+} foi reduzido.
  • Agente oxidante: é a espécie que provoca a oxidação do outro, ou seja, é a que é reduzida. Aqui a espécie reduzida é \mathrm{Cu}^{2+}, então \mathrm{Cu}^{2+} é o agente oxidante.
  • Agente redutor: é a espécie que provoca a redução do outro, ou seja, é a que é oxidada. Aqui a espécie oxidada é \mathrm{Fe}^{2+}, então \mathrm{Fe}^{2+} é o agente redutor.
  • Número de elétrons transferidos: como cada transformação envolve 1 elétron e o balanço global cancelou exatamente 1 elétron, a reação transfere 1 elétron por par de íons reagentes (ou seja, 1 elétron por ocorrência da reação como escrita).
Dica rápida para prova: identifique rapidamente as mudanças nos números de oxidação. A diferença em unidades é o número de elétrons por átomo/íon; depois escreva as semi-reações, coloque elétrons para igualar a carga e some, cancelando os elétrons.

Resposta

a) Semi-reações:
\mathrm{Fe}^{2+}\rightarrow\mathrm{Fe}^{3+}+e^{-}
\mathrm{Cu}^{2+}+e^{-}\rightarrow\mathrm{Cu}^{+}
Equação global balanceada:
\mathrm{Fe}^{2+}+\mathrm{Cu}^{2+}\rightarrow\mathrm{Fe}^{3+}+\mathrm{Cu}^{+}
b) \mathrm{Fe}^{2+} sofre oxidação; \mathrm{Cu}^{2+} sofre redução.
c) Agente oxidante: \mathrm{Cu}^{2+}. Agente redutor: \mathrm{Fe}^{2+}.
d) Número de elétrons transferidos: 1.

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