Nas seguintes reações, qual elemento é oxidado, qual é reduzido, quem é o agente oxidante e quem é o agente redutor?
Passo 1
O enunciado dá a reação e pede que identifiquemos: qual elemento é oxidado, qual é reduzido, quem é o agente oxidante e quem é o agente redutor. A reação fornecida (peguei a equação tanto do enunciado quanto da imagem) é:
Informações relevantes que temos explicitamente:
- reagentes:
em solução aquosa e metálico; - produtos:
metálico e em solução aquosa; - coeficientes estequiométricos:
para o composto de ferro e para o alumínio.
Passo 2
Vamos revisar como determinar quem perde e quem ganha elétrons: regras práticas de número de oxidação (vou explicar devagarinho).
- Um átomo em sua forma elementar (metal puro, gás molecular, etc.) tem número de oxidação
. Ex.: e têm . - Um íon monovalente
tem número de oxidação igual à sua carga, por exemplo é . - Em compostos iônicos ou moleculares, somando os números de oxidação de todos os átomos dá a carga total da espécie (0 para compostos neutros, ou a carga do íon).
- O grupo
(nitrato) tem carga total e, portanto, cada contribui ao cálculo. - Se o número de oxidação de um elemento diminui durante a reação (ex.: de
para ), ele ganhou elétrons: foi reduzido. - Se o número de oxidação aumenta (ex.: de
para ), o elemento perdeu elétrons: foi oxidado. - Agente oxidante = espécie que oxida outra (portanto, a que é reduzida). Agente redutor = espécie que reduz outra (portanto, a que é oxidada).
Passo 3
Agora aplicamos as regras para cada elemento relevante usando a equação dada.
Determinar o número de oxidação do ferro no reagente
:
- Cada
tem carga . Há nitratos, total . - O composto é neutro, então o estado de oxidação do ferro
satisfaz:
Portanto, em
temos
com número de oxidação
(podemos escrevê-lo como
em solução).
Estado do ferro no produto
:
- Forma elementar metálica: número de oxidação
.
Estado do alumínio no reagente
:
- Alumínio metálico: número de oxidação
.
Estado do alumínio no produto
:
- Cada
é ; há nitratos, total . - Seja
o número de oxidação do Al:
Logo, em
o alumínio está em
(ou
em solução).
Passo 4
Comparar estados de oxidação antes e depois para ver quem foi oxidado e quem foi reduzido.
- Ferro: de
em para em . -
significa ganho de elétrons → redução.
-
- Alumínio: de
em para em . -
significa perda de elétrons → oxidação.
-
Portanto:
é reduzido e
é oxidado.
Passo 5
Quantificar os elétrons trocados (isso ajuda a entender por que os coeficientes estequiométricos são aqueles):
- Cada átomo de
vai de para : perde elétrons. - Reação de oxidação por átomo:
.
- Reação de oxidação por átomo:
- Cada íon
vai de para : ganha elétrons. - Reação de redução por átomo:
.
- Reação de redução por átomo:
Para que os elétrons perdidos e ganhos se igualem, usamos o mínimo múltiplo comum entre
e
, que é
elétrons:
-
átomos de perdem elétrons. -
íons ganham elétrons.
Isso coincide com os coeficientes estequiométricos da reação dada:
e
(note que a equação mostra
no composto de ferro porque cada composto fornece um
, e são necessários
desses para receber os
elétrons).
Passo 6
Identificações finais usando as definições:
- Elemento oxidado = aquele que perdeu elétrons =
(alumínio). - Elemento reduzido = aquele que ganhou elétrons =
(ferro). - Agente oxidante = a espécie que oxida o outro, ou seja, que é reduzida. Aqui é o íon ferro
presente em . Podemos nomear o agente oxidante como o composto aquoso (contém ). - Agente redutor = a espécie que reduz o outro, ou seja, que é oxidada. Aqui é o alumínio metálico
.
Resposta
Elemento oxidado:
Elemento reduzido:
Agente oxidante: (ou
)
Agente redutor:
Elemento reduzido:
Agente oxidante:
Agente redutor: