Utilizando o número de oxidação balanceie cada uma das seguintes equações para as seguintes reações
Passo 1
O que o enunciado pede: balancear a reação dada usando o número de oxidação. A reação fornecida é
Informações relevantes do enunciado: temos as fórmulas das quatro substâncias envolvidas e precisamos encontrar coeficientes estequiométricos inteiros que façam conservação de massa (átomos) e carga elétrica (a reação é neutra). Ainda não começamos a resolver — apenas listei a reação e o objetivo.
Passo 2
Relembrando as regras básicas para atribuir números de oxidação (vou explicar como e por quê, bem devagar):
- O número de oxidação (n.o.) de um átomo em uma substância é uma forma de “contabilizar” elétrons para ver quem perde e quem ganha elétrons.
- Algumas regras úteis e simples:
- Um elemento em sua forma simples (por exemplo
metálico, , grafite) tem n.o. igual a . - Para íons monoatômicos, o n.o. é igual à carga do íon.
- Em compostos, o oxigênio costuma ter n.o.
(exceto em peróxidos, etc., que não aparecem aqui). - O hidrogênio ligado a não-metais costuma ter n.o.
. - A soma dos números de oxidação de todos os átomos de uma espécie neutra é
; de um íon é igual à carga do íon.
- Um elemento em sua forma simples (por exemplo
- Vamos aplicar essas regras às espécies da reação.
Passo 3
Atribuindo números de oxidação às espécies da reação (vou escrever cada cálculo explicando o raciocínio):
-
Para
: o oxigênio tem n.o. . Há oxigênios, então a soma das contribuições de oxigênio é . A molécula é neutra, então a soma total é . Sejam o n.o. de cada átomo de ferro (fechamos por simetria, ambos os Fe têm mesmo n.o.). Então Logo, emtemos com n.o. e com n.o. . -
Para
: o oxigênio é ; a molécula é neutra, então se é o n.o. do carbono, Logo, emo carbono está em . -
Para
: o oxigênio é ; a molécula é neutra, então se é o n.o. do ferro, Emo ferro está em . -
Para
: cada oxigênio é , há dois oxigênios, soma . Se é o n.o. do carbono, Emo carbono está em .
Resumo dos números de oxidação identificados:
Passo 4
Identificar oxidação e redução a partir das mudanças de n.o.:
- O ferro vai de
(em ) para (em ). Como o n.o. diminui, o ferro sofreu redução (ganhou elétrons). - O carbono vai de
(em ) para (em ). Como o n.o. aumenta, o carbono sofreu oxidação (perdeu elétrons).
Agora quantificamos a troca eletrônica:
- Cada átomo de Fe reduz de
para : mudança de unidade → cada Fe ganha elétron. - Na molécula
há átomos de Fe, então ganho total de elétrons por uma unidade de é elétrons. - Cada átomo de C em
oxida de para : mudança de → cada C perde elétrons, isto é, doa elétrons por molécula.
Passo 5
Balancear elétrons: para que a transferência de elétrons se cancele (princípio da conservação de carga), precisamos que o total de elétrons perdidos por quem oxida seja igual ao total de elétrons ganhos por quem reduz.
- Uma molécula de
perde elétrons. - Uma molécula de
(considerando os 2 Fe) ganha elétrons.
Portanto, já temos equilíbrio de elétrons com coeficientes
para
e
para
na parte de elétrons (não precisamos multiplicar por outros fatores neste passo).
Passo 6
Usar a informação do Passo 5 e balancear os átomos restantes por contagem direta. Vamos colocar coeficientes desconhecidos e resolver:
Suponha a equação com coeficientes:
Pelo Passo 5, para balancear elétrons escolhemos
e
(uma unidade de
reage com uma de
), então começamos com
Agora balanceamos elemento por elemento:
-
Ferro (
): à esquerda há átomos (em ). À direita cada tem átomo de Fe, então para conservar Fe precisamos de . Então colocamos: -
Carbono (
): à esquerda há átomo (em ). À direita cada tem átomo de C, então deve ser para conservar carbono. Logo . -
Oxigênio (
): verificação final para garantir que O está balanceado. À esquerda: tem O e tem O, total . À direita: mols de dão O e mol de dá O, total . Oxigênio também balanceia. Tudo certo.
Passo 7
Checagem final completa:
- Coeficientes encontrados:
para , para , para , para . - Verificações atômicas:
; ; . - Transferência de elétrons: ganho total
elétrons (dois Fe ganhando 1 cada) = perda total elétrons (um C perdendo 2), compatível com o método do número de oxidação.