Quais das seguintes reações são de oxidaçãoredução? Justifique.
\quad \mathrm{Ca}_{(\mathrm{s})}+2 \mathrm{H}_{2} \mathrm{O}_{(\mathrm{l})} \rightarrow \mathrm{Ca}(\mathrm{OH})_{2(\mathrm{~s})}+\mathrm{H}_{2(\mathrm{~g})}

Passo 1

O enunciado dá a reação
\mathrm{Ca}_{(\mathrm{s})}+2\,\mathrm{H}_{2}\mathrm{O}_{(\mathrm{l})}\rightarrow \mathrm{Ca}(\mathrm{OH})_{2(\mathrm{s})}+\mathrm{H}_{2(\mathrm{g})}.
A pergunta é: quais das reações (neste caso, apenas essa) são de oxidação–redução, e justificar. Vou listar claramente o que temos disponível:
  • Reagentes: \mathrm{Ca} no estado sólido e \mathrm{H}_2\mathrm{O} líquida.
  • Produtos: \mathrm{Ca(OH)}_{2} sólido e \mathrm{H}_2 gasoso.
    O objetivo é decidir se há transferência de elétrons (ou mudanças nos números de oxidação) entre reagentes e produtos, e explicar por que.

Passo 2

Revisão didática: como identificar oxidação–redução usando números de oxidação (NOX).
  • Regra 1: átomos em estado elementar têm número de oxidação \,0.
  • Regra 2: para íons monoatômicos, o NOX é igual à carga do íon (por exemplo, \mathrm{Na}^+ tem NOX +1).
  • Regra 3: em compostos, o oxigênio costuma ter NOX -2 (exceto peróxidos, etc.) e o hidrogênio ligado a não-metais costuma ter NOX +1.
  • Regra 4: metais alcalinos têm NOX +1 em compostos; metais alcalino-terrosos (como \mathrm{Ca}) têm NOX +2 em compostos.
  • Se o NOX de um elemento aumenta do reagente para o produto, esse elemento foi oxidado (perdeu elétrons). Se o NOX diminui, foi reduzido (ganhou elétrons).
    Vou aplicar essas regras passo a passo à reação dada.

Passo 3

Atribuindo números de oxidação aos átomos na reação:
  • No reagente \mathrm{Ca}_{(\mathrm{s})}: elemento na forma livre, então o NOX de \mathrm{Ca} é \,0.
  • Em \mathrm{H}_2\mathrm{O}: cada hidrogênio ligado ao oxigênio é \,+1 e o oxigênio é -2 (regra padrão). Portanto o NOX do \mathrm{H} em \mathrm{H}_2\mathrm{O} é \,+1.
  • No produto \mathrm{Ca(OH)}_{2}: o cátion \mathrm{Ca} em hidróxidos tem NOX +2 (é um metal alcalino-terroso). O grupo \mathrm{OH}^{-} tem oxigênio -2 e hidrogênio +1 (cada).
  • No produto \mathrm{H}_2 (gás): hidrogênio elemental tem NOX \,0.
Resumindo:
  • \mathrm{Ca}:\\ \,0 (reagente) \rightarrow +2 (em \mathrm{Ca(OH)}_2): houve aumento do NOX.
  • \mathrm{H}:\\\ +1 (em \mathrm{H}_2\mathrm{O}) \rightarrow 0 (em \mathrm{H}_2): houve diminuição do NOX.

Passo 4

Interpretação dos cambios de NOX:
  • Quando o NOX aumenta ( 0\rightarrow +2 para \mathrm{Ca}), o elemento foi oxidado — isto é, perdeu elétrons. Portanto \mathrm{Ca} sofre oxidação.
  • Quando o NOX diminui ( +1\rightarrow 0 para \mathrm{H}), o elemento foi reduzido — ganhou elétrons. Portanto o hidrogênio (no \mathrm{H}_2\mathrm{O}) sofre redução.
Conclusão imediata: há transferência de elétrons — a reação é uma reação de oxidação–redução (redox).

Passo 5

Escrever as semirreações (meio passo a passo, para ver os elétrons transferidos) e justificar o balanceamento de elétrons:
Oxidação (cálcio perde elétrons):
\mathrm{Ca} \rightarrow \mathrm{Ca}^{2+} + 2e^{-}.
Redução (água fornece os hidrogênios que se reduzem a \mathrm{H}_2; em meio básico é conveniente escrever assim):
2\,\mathrm{H}_2\mathrm{O} + 2e^{-} \rightarrow \mathrm{H}_2 + 2\,\mathrm{OH}^{-}.
  • Nessa semirreação, cada \mathrm{H} em \mathrm{H}_2\mathrm{O} (NOX +1) ganha um elétron para formar \mathrm{H}_2 (NOX 0); como o \mathrm{H}_2 tem dois átomos de H, são necessários 2 elétrons no total.
  • Os \mathrm{OH}^{-} resultantes permanecem no meio e combinam com \mathrm{Ca}^{2+} formado na oxidação para dar \mathrm{Ca(OH)}_{2}:
\mathrm{Ca}^{2+} + 2\,\mathrm{OH}^{-} \rightarrow \mathrm{Ca(OH)}_{2}.
Somando as semirreações de oxidação e redução (elétrons cancelam) obtém-se exatamente a equação global fornecida.

Passo 6

Identificar agentes:
  • Agente redutor (quem doa elétrons) é o elemento que é oxidado: \mathrm{Ca} metálico é o agente redutor.
  • Agente oxidante (quem aceita elétrons) é a espécie que é reduzida: \mathrm{H}_2\mathrm{O} atua como agente oxidante (fornece o \mathrm{O} e aceita elétrons para reduzir \mathrm{H}^{+} a \mathrm{H}_2).

Passo 7

Observações experimentais e intuitivas (úteis na prova):
  • A liberação de \mathrm{H}_2 gasoso é um indício experimental de que houve redução do hidrogênio (formação de hidrogênio molecular indica ganho de elétrons por H).
  • Metais alcalino-terrosos (como \mathrm{Ca}) reagem com água por um mecanismo redox típico: o metal é oxidado a cátion \mathrm{M}^{2+} e a água é reduzida, formando \mathrm{H}_2 e \mathrm{OH}^-.

Resposta

Sim. É uma reação de oxidação–redução. \mathrm{Ca} é oxidado: \mathrm{Ca}(0)\rightarrow \mathrm{Ca}^{2+} (perde 2,e^{-}); o hidrogênio é reduzido: \mathrm{H} em \mathrm{H}_2\mathrm{O} (+1) \rightarrow \mathrm{H}_2 (0). Agente redutor: \mathrm{Ca}. Agente oxidante: \mathrm{H}_2\mathrm{O}.

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