Questão 2: Na seguinte equação química: \mathrm{Zn}+2 \mathrm{HCl} \rightarrow \mathrm{ZnCl}_{2}+\mathrm{H}_{2}
a) Quais são as semi-reações envolvidas nessa reação de oxirredução?
b) Defina a espécie que sofreu redução e a que foi oxidada. Além disso, qual foi a variação de nox nessas espécies?
c) Defina o agente oxidante e o agente redutor da reação apresentada.

Passo 1

Enunciado e o que é pedido:
\mathrm{Zn} + 2\,\mathrm{HCl} \rightarrow \mathrm{ZnCl}_{2} + \mathrm{H}_{2}
Perguntas:
a) Quais são as semi-reações envolvidas nessa reação de oxirredução?
b) Defina a espécie que sofreu redução e a que foi oxidada. Além disso, qual foi a variação de nox nessas espécies?
c) Defina o agente oxidante e o agente redutor da reação apresentada.
Informações dadas (úteis para resolver):
  • A equação molecular acima (fornece reagentes e produtos).
  • Sabemos que ácido clorídrico \mathrm{HCl} em solução aquosa se comporta como \mathrm{H}^+ + \mathrm{Cl}^- (iões).
  • Não há mais informações externas: vamos usar as regras usuais de números de oxidação para atribuir nox e separar as semi-reações.

Passo 2

Breve aula sobre números de oxidação (nox) e semi-reações — calma, passo a passo:
  • O número de oxidação (nox) é um número que indica a carga “formal” de um átomo numa molécula/íon segundo regras convencionais; serve para identificar oxidação (aumento do nox) e redução (diminuição do nox).
  • Regras principais que usaremos aqui:
    1. O nox de um elemento na sua forma elementar é 0. Ex.: \mathrm{Zn} (s) tem nox 0.
    2. O nox de um íon monoatômico é igual à carga do íon. Ex.: \mathrm{Cl}^- tem nox -1.
    3. Em compostos, a soma dos nox dos átomos é igual à carga total da espécie. Ex.: em \mathrm{ZnCl}_2 a soma dos nox é 0.
    4. Hidrogênio ligado a não-metais geralmente tem nox +1. Ex.: em \mathrm{HCl}, \mathrm{H} é +1 e \mathrm{Cl} é -1.
  • Semi-reações (meio-reações) são as equações que mostram apenas a oxidação ou apenas a redução, incluindo os elétrons transferidos. Em um processo redox elas devem ser balanceadas em número de elétrons, massa e carga.

Passo 3

Atribuição de números de oxidação às espécies na reação (mostrando o raciocínio):
  • Para \mathrm{Zn} metálico (estado elementar): nox de \mathrm{Zn} é 0.
  • Em \mathrm{HCl}: regra diz que \mathrm{H} ligado a não-metal é +1, e \mathrm{Cl} é -1. Então em \mathrm{HCl}, \mathrm{H} tem nox +1 e \mathrm{Cl} tem nox -1.
  • Em \mathrm{ZnCl}_2: sabemos que cada \mathrm{Cl} tem nox -1. Como a soma dos nox no composto neutro é 0,
\text{nox}(\mathrm{Zn}) + 2\cdot(-1) = 0 \quad\Rightarrow\quad \text{nox}(\mathrm{Zn}) = +2.
  • Em \mathrm{H}_2 (gás diatômico): forma elementar, nox de cada \mathrm{H} é 0.
Lista resumida:
  • \mathrm{Zn} (s): nox 0.
  • \mathrm{H} em \mathrm{HCl}: nox +1.
  • \mathrm{Cl} em \mathrm{HCl} e \mathrm{ZnCl}_2: nox -1.
  • \mathrm{Zn} em \mathrm{ZnCl}_2: nox +2.
  • \mathrm{H} em \mathrm{H}_2: nox 0.

Passo 4

Escrever as semi-reações (meio-reações) usando os íons relevantes e incluindo elétrons:
  1. Primeiro, escrevemos a dissociação do ácido (para ver os íons disponíveis):
\mathrm{HCl} \rightarrow \mathrm{H}^+ + \mathrm{Cl}^-.
Como há 2 moléculas de \mathrm{HCl}, isso fornece 2\,\mathrm{H}^+ e 2\,\mathrm{Cl}^-. Os \mathrm{Cl}^- são íons espetadores (aparecem dos dois lados) — isto vamos mostrar adiante.
  1. Semi-reação de oxidação (espécie perde elétrons): \mathrm{Zn} passa de nox 0 para nox +2. Escrevemos:
\mathrm{Zn} \rightarrow \mathrm{Zn}^{2+} + 2\,e^-.
Explicação: ao tornar-se \mathrm{Zn}^{2+}, o zinco perdeu 2 elétrons; por isso os 2\,e^- aparecem no produto da semi-reação de oxidação.
  1. Semi-reação de redução (espécie ganha elétrons): os prótons \mathrm{H}^+ (do ácido) passam de nox +1 para nox 0 formando \mathrm{H}_2. Escrevemos:
2\,\mathrm{H}^+ + 2\,e^- \rightarrow \mathrm{H}_2.
Explicação: cada próton \mathrm{H}^+ captura um elétron para virar \mathrm{H}^0; dois átomos fazem \mathrm{H}_2. Para balancear carga e elétrons usamos 2 prótons e 2 elétrons.
  1. Conferindo o balanço: somando as duas semi-reações, os elétrons se cancelam:
\mathrm{Zn} + 2\,\mathrm{H}^+ \rightarrow \mathrm{Zn}^{2+} + \mathrm{H}_2.
Se reintroduzirmos os íons \mathrm{Cl}^- (espetadores) obtemos a equação molecular original:
\mathrm{Zn} + 2\,\mathrm{HCl} \rightarrow \mathrm{ZnCl}_2 + \mathrm{H}_2.

Passo 5

Identificação de quem foi oxidado e quem foi reduzido e variação de nox (explicando o porquê):
  • Oxidação é perda de elétrons (aumento do nox). Aqui:
    • \mathrm{Zn} passou de nox 0 para nox +2. Variação de nox: \Delta \text{nox} = +2. Isso significa que \mathrm{Zn} perdeu 2 elétrons e, portanto, foi oxidado.
  • Redução é ganho de elétrons (diminuição do nox). Aqui:
    • Cada \mathrm{H} (no \mathrm{HCl}) passou de nox +1 para nox 0. Variação de nox por átomo de H: \Delta \text{nox} = -1. Como há dois átomos de H envolvidos, no total foram ganhos 2 elétrons (coerente com a semi-reação). Portanto o hidrogênio foi reduzido.
  • Observação: \mathrm{Cl} permanece com nox -1 e é íon espetador.

Passo 6

Agentes redutor e oxidante — definição e identificação:
  • Definição: agente redutor é a espécie que doa elétrons (ou seja, é oxidada). Agente oxidante é a espécie que aceita elétrons (ou seja, é reduzida).
  • Na reação dada:
    • Agente redutor: \mathrm{Zn} (porque doa elétrons e é oxidado de 0 para +2).
    • Agente oxidante: os prótons \mathrm{H}^+ (vindo de \mathrm{HCl}), ou, de forma prática, \mathrm{HCl} atua como agente oxidante porque fornece \mathrm{H}^+ que aceita elétrons e é reduzido a \mathrm{H}_2.
  • Comentário amistoso: então o zinco “entrega” elétrons, vira íon \mathrm{Zn}^{2+} e funciona como o cara que reduz os outros — é o redutor. O ácido (os prótons) “pega” esses elétrons e vira hidrogênio gasoso — é o oxidante.

Resposta

a) \mathrm{Zn} \rightarrow \mathrm{Zn}^{2+} + 2\,e^- \
\;2\,\mathrm{H}^+ + 2\,e^- \rightarrow \mathrm{H}_2
b) Espécie oxidada: \mathrm{Zn} (nox de 0 para +2, variação \Delta\text{nox}=+2). \
Espécie reduzida: \mathrm{H} (em \mathrm{HCl}, nox de +1 para 0 em \mathrm{H}_2, variação por átomo \Delta\text{nox}=-1; total de 2 elétrons ganhos).
c) Agente oxidante: \mathrm{H}^+ (do \mathrm{HCl}; portanto \mathrm{HCl} atua como agente oxidante). \
Agente redutor: \mathrm{Zn}.

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