Questão 4: Na obtenção do ferro metálico a partir da hematita, uma das reações que ocorrem nos altos fornos é:
. Defina o agente redutor da reação e a variação de nox sofrida pela espécie metálica.
Passo 1
O enunciado apresenta a reação
e pede duas coisas: (1) identificar o agente redutor da reação; (2) indicar a variação do número de oxidação (nox) sofrida pela espécie metálica (o ferro). Dados relevantes fornecidos: a equação química acima (está balanceada).
Passo 2
Vamos rever, de forma bem didática, o que é número de oxidação (nox) e como usá-lo para identificar agentes redutores/oxidantes.
- O nox é um valor atribuído a cada átomo que representa, idealmente, a carga que o átomo teria se todos os elétrons de ligação fossem transferidos para o átomo mais eletronegativo.
- Regras úteis (as mais usadas aqui):
- Elemento no estado elementar (átomo ou molécula simples, ex.:
, ) tem nox . - Oxigênio em compostos costuma ter nox
(salvo peróxidos e casos especiais). - A soma dos nox dos átomos em uma espécie neutra é
; em um íon é igual à carga do íon.
- Elemento no estado elementar (átomo ou molécula simples, ex.:
- Definições importantes:
- Espécie que se oxida (tem aumento de nox) perde elétrons e é o agente redutor.
- Espécie que se reduz (tem diminuição de nox) ganha elétrons e é o agente oxidante.
Passo 3
Calcular os nox dos envolvidos usando as regras:
- Em
: seja o nox do ferro . O oxigênio tem nox . A soma deve ser :
Resolvendo:
Logo, em
cada átomo de ferro tem nox
.
- Em
metálico (produto) o ferro está no estado elementar, então seu nox é .
- Em
: o oxigênio é , soma deve ser . Seja nox do carbono :
Logo, em
o carbono tem nox
.
- Em
: cada oxigênio , soma dos dois é , então o carbono tem nox .
Passo 4
Identificar quem se oxida e quem se reduz:
- Ferro: de
(em ) para (em ). Isso é uma diminuição de nox, portanto o ferro foi reduzido (ganhou elétrons).
- Carbono (no
): de para (em ). Isso é um aumento de nox, portanto o carbono foi oxidado (perdeu elétrons).
Pelo significado: a espécie que é oxidada (a que perde elétrons) é o agente redutor. Aqui oé oxidado, logo ele é o agente redutor da reação.
Passo 5
Calcular a variação numérica do nox do ferro e conferir a conservação de elétrons (para intuição):
- Variação do nox de cada átomo de ferro:
Ou seja, cada átomo de ferro sofreu redução de
unidades de nox (ganhou
elétrons).
- Conferência com balanceamento: na equação há
átomos de (cada um ganha e ), total de elétrons ganhos. Os átomos de em perdem e cada (de para ), total de elétrons perdidos. Isso fecha o balanço de elétrons, confirmando consistência.
Resposta
Agente redutor:
Variação de nox da espécie metálica (Fe): de para
, redução de
unidades por átomo de Fe (ou
por átomo).
Variação de nox da espécie metálica (Fe): de