1) a) O que significa o termo oxidação? b) Em qual lado de uma semi-reação de oxidação
os elétrons aparecem? c) O que significa o termo oxidante? (Atkins&Loretta, 1°Ed. pg. 604)
a) O termo oxidação significa que uma espécie química está transferindo ou transferiu elétrons para espécie química. No exemplo a seguir temos uma reação de óxido-redução: Cu+2 + Fe° Cu° + Fe+2. Nesta reação o átomo de Fe° perdeu elétrons originando o íon de Fe+2 e assim ocorrendo a redução de Cu+2 para Cu°.
b) Fe° Fe+2 + 2e- Essa reação representa a oxidação, pois a carga do átomo de ferro
sai de zero e vai para +2 (indicativo de deficiência de elétrons). Os elétrons devem aparecer nos produtos em uma semi-reação de oxidação.
c) O termo oxidante é dado a uma espécie química que possa atuar como agente causador de oxidação. Para a oxidação acontecer é necessário uma espécie avida por elétrons, assim na reação de óxido-redução descrita acima o ion Cu+2 é o agente oxidante, pois causa oxidação do ferro e sofre consequentemente a redução.
2) Em cada uma das seguintes equações de oxirredução balanceadas, identifique os
elementos que sofrem variações no número de oxidação e indique o valor da variação em cada caso. (Brown. pg.724)
a) I2O5(s) + 5CO (g) I2(s) + 5CO2(g)
I2O5 I2 reação de redução (iodo: +5 0 // variação de 5 unidades)
CO CO2 reação de oxidação (carbono: +2 +4 // variação de 2 unidades)
b) 2Hg+2(aq) + N2H4(aq) 2Hg (l) + N2(g) + 4H+(aq)
Hg+2 Hg° reação de redução (mercúrio: +2 0 // variação de 2 unidades) N2H4 N2 reação de oxidação (nitrogênio: -2 0 // variação de 2 unidades)
c) 3H2S (aq) + 2H+(aq) + 2NO3-(aq) 3S (s) + 2NO (g) + 4H2O (l)
H2S S reação de redução (enxofre: -2 0 // variação de 2 unidades)
NO3- NO reação de oxidação (nitrogênio: +5 +2 // variação de 3 unidades)
d) Ba+2(aq) + 2OH-(aq) + H2O2(aq) + 2ClO2(aq) Ba(ClO2)2(s) + 2H2O (l) + O2(g)
H2O2 H2O reação de redução (oxigênio: -1 -2 // variação de 1 unidades)
3) A 900°C o vapor de tetracloreto de titânio reage com magnésio fundido para formar
titânio metálico sólido e cloreto de magnésio fundido.a) Escreva uma equação balanceada para essa reação. b) Qual substância é o redutor e qual é oxidante?
a) 1 TiCl4(g) + 2 Mg°(l) 1 Ti°(s) + 2 MgCl2(l)
b) Substância que atua como agente redutora é o Mg°, pois proporciona a redução do Ti+4 em Ti° através da oxidação em Mg+2. A substância que atua como agente oxidante é o cloreto de titânio(IV), TiCl4.
4) A hidrazina (N2H4) e o tetróxido de dinitrogênio (N2O4) formam uma mistura
auto-ignitora que tem sido utilizada como propulsor de foguetes. Os produtos da reação são N2
e H2O. a) Escreva uma equação química balanceada para essa reação. b) Qual a substância
funciona como agente redutor e qual funciona como agente oxidante?
a) 2 N2H4 + 1 N2O4 3 N2 + 4 H2O
b) N2H4 N2 reação de oxidação (nitrogênio: -2 0 // agente redutor)
N2O4 N2 reação de redução (nitrogênio: +4 0 // agente oxidante)
5) Balanceie as seguintes equações químicas, todas as reações ocorrem em solução ácida.
Identifique o agente oxidante e o agente redutor em cada reação. (Atkins&Loretta, 1°Ed. pg. 604)
a) Reação do íon tiossulfato com gás cloro:
Cl2(g) + S2O3-2(aq) Cl-(aq) + SO4-2(g)
Cl2 (g) Cl- (aq) reação de redução (Agente Oxidante) Cl2 (g) + 2e- 2 Cl- (aq)
S2O3-2(aq) SO4-2(g) + 4e- reação de oxidação (Agente Redutor)
S2O3-2(aq) + 5 H2O 2 SO4-2(g) + 10H+ +4e-
S
2O
3-2(aq)+ 4 Cl
2(g)+ 5 H
2O
(aq) 2 SO
4-2(g)+ 10
H
++ 8 Cl
- (aq)b) Ação do íon permanganato sobre ácido sulfuroso:
MnO4-(aq) + H2SO3(aq) Mn+2(aq) + HSO4-(aq) MnO4-(aq) Mn+2(aq) reação de redução (Agente Oxidante) MnO4-(aq) + 8 H+ + 5e- Mn+2(aq) + 4 H2O(aq)
H2SO3(aq) + H2O HSO4- + 3 H+ + 2 e-
2 MnO
4- (aq)+ 5 H
2SO
3(aq)+ H
+ 2 Mn
+2 (aq)+ 5 HSO
4-(aq)+ 3 H
2O
c) Reação do ácido sulfídrico com cloro:
H2S (aq) + Cl2(g) S (s) + Cl-(aq) Cl2(g) Cl-(aq) reação de redução (Agente Oxidante) Cl2(g) + 2e- 2 Cl-(aq)
H2S (aq) S (s) reação de oxidação (Agente Redutor)
H2S (aq) S (s) + 2 H+
H
2S
(aq)+ Cl
2(g) S
(s)+ 2 Cl
-(aq)+ 2 H
+d) Reação do cloro em água:
Cl2(g) HClO (aq) + Cl-(aq) Cl2(g) Cl-(aq) reação de redução (Agente Oxidante) Cl2(g) + 2e- 2 Cl-(aq)
Cl2(g) HClO (aq) reação de oxidação (Agente Redutor)
2 H2O + Cl2(g) 2 HClO (aq) + 2 H+
2 H
2O + Cl
2(g) 2 HClO
(aq)+ 2 Cl
-(aq)+ 2 H
+6) Balanceie as reações químicas abaixo:
a) 2 KMnO4 + 10 KCl + 8 H2SO42 MnSO4 + 6 K2SO4 + 8 H2O + 5 Cl2
b) 2 HNO3 + 3 H2S 2 NO + 3 S + 4 H2O
c) 1 K2Cr2O7 + 14 HCl 2 KCl + 2 CrCl3 + 7 H2O + 3 Cl2
d) 4 Zn + 1 NaNO3 + 7 NaOH 4 Na2ZnO2 + 1 NH3 + 2 H2O
e) 3 HgS + 12 HCl + 2 HNO33 H2HgCl4 + 2 NO + 3 S + 4 H2O
f) 3 CuO + 2 NH31 N2 + 3 H2O + 3 Cu
g) 1 Sn + 4 HNO31 SnO2 + 4 NO2 + 2 H2O
7) “O ferro galvanizado” é uma folha de aço revestida com zinco; as latas de conservas
são feitas de folhas de aço revestidas com estanho. Discuta as funções desses revestimentos e sobre os potenciais de oxirredução.
O ferro sofre oxidação exposto ao meio devido a reação de ferro metálico e oxigênio gasoso, no entanto, a reação entre sólido é gás é lenta, mas com ação de líquidos como
eletrólitos como a água a oxidação é extremanente acelerada. O uso de zinco e estanho está associado a proteção via processo de óxido-redução, veja os potenciais de oxidação abaixo:
Fe° Fe+2 + 2e- E° = + 0,44V
Zn° Zn+2 + 2e E° = + 0,76V
Sn° Sn+2 + 2e- E° = + 0,13V
As três equações acima mostram potenciais de oxidação, o zinco possui maior potencial de oxidação em relação ao ferro, dessa maneira o ferro em contato com o zinco não irá sofrer oxidação, pois o zinco sofrerá primeiramente. O processo de proteção envolvendo o zinco é conhecido como metal de sacrifício, pois o zinco será oxidado em vez do ferro. No caso das folhas revestidas com estanho o processo é o inverso ao descrito acima, pois o estanho tem menor potencial de oxidação em relação ao ferro, no entanto, o baixo potencial permite não sofrer oxidação vigorosa e assim faz uma barreira contra oxidação na superficie de ferro metálico. O processo é bem semelhante a uma tinta, sendo utilizado em sistemas que necesitam de materiais com propriedades metálicas.
8) Preveja se as seguintes reações ocorreriam espontaneamente em solução aquosa a
25°C. Considere que as concentrações iniciais de todas as espécies dissolvidas são 1,0 mol/L. Sugestão: veja as tabelas de potencial de oxirredução no final dos livros, ou tabela de oxirredução anexo a lista. (Koltz, v2. 6°Ed. 847).
a) Ca (s) + Cd+2(aq) Ca+2(aq) + Cd (s) Ca+2 + 2e- Ca° E° = -2,868V Cd+2 + 2e- Cd° E° = -0,403V Na reação: Ca° Ca+2 E°= +2,868V Cd+2 Cd° E°= -0,403V +
ΔE = + 2,465V valor positivo processo espontâneo (ocorre naturalmente).
b) 2Br-(aq) + Sn+2(aq) Br2(l) + Sn (s)
Br2 + 2e- 2 Br- E° = +1,066V
Na reação:
2Br- Br2 E°= -1,066V
Sn+2 Sn° E°= -0,137V +
ΔE = - 1,203V valor negativo processo NÃO-espontâneo.
c) 2Ag (s) + Ni+2(aq) 2Ag+(aq) + Ni (s)
Ag+ + 1e- Ag° E° = + 0,799V Ni+2 + 2e- Ni° E° = - 0,257V Na reação:
Ag° Ag+ E°= -0,799V
Ni+2 Ni° E°= -0,257V +
ΔE = - 1,056V valor negativo processo NÃO-espontâneo.
d) Cu+(aq) + Fe+3(aq) Cu+2(aq) + Fe+2 (aq)
Cu+2 + 1e- Cu+1 E° = + 0,153V
Fe+3 + 1e- Fe+2 E° = + 0,771V Na reação:
Cu+1 Cu+2 E°= -0,153V Fe+3 Fe+2 E°= +0,771 +
ΔE = + 0,618V valor positivo processo espontâneo (ocorre naturalmente). 9) Resuma os conceitos de ligação química (Teoria de Lewis, Teoria de Ligação de
Valência e Teoria do Orbital Molecular), citando as diferenças e dando exemplos.
Resumo no caderno
10) Resuma os conceitos envolvidos nas teorias de ácido-base estudados neste semestre
(Teoria de Arrhenius, Teoria de Bronsted-Lowry, Teoria de Lewis), citando as diferenças e dando exemplos.
Resumo no caderno
a) Após inúmeras chuvas, os cavaleiros ingleses terão dificuldade para abrir seus elmos de ferro. Utilizando equações químicas, explique por quê.
Os elmos são de ferro assim é natural que ocorra oxidação e o processo é agravado na presença de água, o que permite melhor superfície de contato para a reação ocorrer (oxidação). A formação de óxidos de ferro favorece o aumento da superfície o que pode promover maior dificuldade em aberturas de sistemas deslizantes visto que o atrito poderá se tornar bem acentuado.
2 Fe° + O2 2 FeO ou 4 Fe° + 3 O2 2 Fe2O3
b) Suponha a seguinte situação: o elmo de um dos cavaleiros, o suserano, é adornado com rebites de ouro, enquanto o do outro, seu vassalo, com rebites de zinco. Curiosamente, após inúmeras chuvas, um dos elmos emperra mais que o outro. Explique o porquê.
O elmo que possui adornos de zinco terá menor problemas no quesito de oxidação e emperramento do equipamento, tal fato se deve aos potenciais apontados acima. Os potencias apresentados são de redução, assim o menor valor para redução significa que possui maior valor para oxidação. O zinco possui o menor valor entre os metais, consequentemente é o metal mais favoravél a sofrer oxidação. Se o zinco estiver em contato com o ferro o zinco oxidará antes do ferro, o que é conhecido como metal de sacrifício.
Os adornos de ouro devem ser bem bonitos, mas nem um pouco funcionais, primeiramente pela alta massa, pois a densidade do ouro é 18kg/L. Em segundo caso o adorno não favorece em proteção a oxidação, visto que o potencial é o maior de todos para redução, assim possui o menor potencial de oxidação, não protejendo o ferro metálico.
Potencial Padrão de Eletrodo Zn+2 + 2e- Zn° E = -0,76 V
Fe+2 + 2 e- Fe° E = -0,44 V Au+3 + 3e- Au° E = +1,50 V
12) Descreva como se realiza o cálculo de carga formal. Dê exemplos.
Descrição e exemplos no caderno
13) Descreva o significado dos termos: oxidação, redução, agente oxidante e agente
redutor.
Descrição e exemplos no caderno
14) Descreva um procedimento simples para o cálculo do número de oxidação e da
identicação das espécies que sofrem oxidação e reduação. Dê exemplos utilizando o item a e b abaixo. a) I2O5(s) + 5CO (g) I2(s) + 5CO2(g) I2O5(s) I2(s) I2O5(s) NOX = +5 I2(s) NOX = zero = +5 0 (reduziu) 5CO (g) 5CO2(g) CO NOX = +2 CO2 NOX = +4 = +2 +4 (oxidou)
b) 2Hg+2(aq) + N2H4(aq) 2Hg (l) + N2(g) + 4H+(aq) 2Hg+2(aq) 2Hg (l) Hg+2 NOX = +4 Hg NOX = zero = +2 0 (reduziu) N2H4(aq) N2(g) N2H4 NOX = -2 N2 NOX = zero = -2 0 (oxidou)
Descrição detalhada no caderno.
15) Descreva um procedimento simples para transformação de frequência (υ) em
comprimento de onda (). Dê um exemplo para ilustrar o procedimento e aproveite para descrever como é realizado a medida da energia (E) da frequência utilizada no exemplo. Caso esteja sem criatividade calcule para frequência de 5.1014 Hz.
Descrição detalhada no caderno.
16) Calcule o número de coordenação e o número de oxidação dos seguintes complexos:
Ligante: NH3 CN- Cl
-a) NC = 4 NOX = +2
b) NC = 6 NOX = +3
c) NC = 4 NOX = +2
d) NC = 4 NOX = +2
17) Descreva o procedimento que deve ser realizado para o cálculo de pH, pOH, [H3O+]
e [OH-] de um ácido fraco com Ka em 1.10-3 de concentração 0,1 mol/L.
Descrição detalhada no caderno. pH = 2
pOH= 12
[H3O+] = 1. 10-2 mol/L
[OH-] = 1. 10-12 mol/L
18) Discuta a diferença entre um ácido fraco (item 17) e um ácido forte. Mostre pelos
cálculos quais seriam os valores para pH, pOH, [H3O+] e [OH-] caso a solução do item 17
Descrição detalhada no caderno. pH = 1
pOH= 13
[H3O+] = 1. 10-1 mol/L
[OH-] = 1. 10-13 mol/L
19) Em relação ao gráfico abaixo de energia de ligações
químicas sigma () e pi () para compostos da família 4A com o óxigênio, ou seja, C=O e Si=O, comente sobre o motivo de menor energia para ligação pi () em Si=O.
Gráfico retirado do artigo: Paula, V. I.; Tendências das Energias das Ligações Pi em sistemas Homo e Heteronucleares, Revista Engenho; vol 1; UniAnchieta; Jundiaí; 2009.
A menor energia associada a energia pi da ligação Si=O em relação a ligação de C=O está relacionada ao tamanho dos
orbitais. O fato do silício possuir maiores orbitais em relação ao carbono faz com que seja dificil um acoplamento (sobreposição) entre os orbitais que sejam efetivos.
20) O que é HOMO e LUMO?
HOMO é o significado de orbital molecular de alta energia ocupado e LUMO é o significado de orbital molecular de baixa energia desocupado. A figura ao lado representa a ordem de energia dos orbitais e a indicação de HOMO e LUMO conforme conceitos apresentados.
O catalisador não altera a energia relacionada a entalpia de reação, pois essa depende exclusivamente dos produtos e reagentes envolvidos (H = Hprodutos-Hreagentes), no entanto a energia associada
a formação da espécia ativada é chamada de energia de ativação, essa sim é afetada por um catalisador. O catalisador cria uma nova via reacional que favorece a reação inicializar com energia de ativação baixa e como consequencia se tem maior velocidade de reação. A princípio o catalisador não é consumido durante o
processo reacional. A figura ao lado ilustra a energia de ativação (lombo) sendo menor para reação catalisada.
22) Qual é a diferença entre um catalisador homogêneo e um heterogêneo? Discuta as
vantagens e desvantagens.
A catálise é a mudança de velocidade de uma reação química devido à adição de uma substância (catalisador) que praticamente não é consumido no final da reação, em geral os catalisadores provocam um novo caminho reacional, no qual tem uma menor energia de ativação. Existem dois tipos de catálise: homogênea, na qual o catalisador se dissolve no meio em que ocorre a reação, e neste caso forma uma espécie intermediária, que se rompe; e heterogênea, em que se produz adsorção dos reagentes na superfície do catalisador. A consequência da diminuição da energia de ativação é o aumentando da velocidade da reação, assim têm amplo emprego na indústria química, por exemplo no processo de fabricação de ácidos (como ácido sulfúrico e ácido nítrico), hidrogenação de óleos e de derivados do petróleo.
Na catálise homogênea:
Os reagentes e o catalisador encontram-se na mesma fase, geralmente é líquida; Acelera o processo de reação;
A reação evolui através de espécies intermédios com menor energia de ativação; A reação tem mais do que uma etapa;
Os metais de transição estão normalmente empregados. Na catalise heterogênea:
O catalisador e os reagentes/produtos encontra-se em fases diferentes; Acontece a formação de espécies ativas na superfície do catalisador;
Os gases são adsorvidos na superfície do catalisador, formando ligações fracas com os átomos metálicos do catalisador.
23) Muitos catalisadores heterogêneos importantes são materiais sólidos bem finamente
divididos. Por que o tamanho da partícula é importante? Qual o papel da adsorção na ação de um catalisador heterogêneo?
Quanto menor o tamanho de partícula maior área supercial. Como o processo de adsorção em supercifie é o mecanismo majoritário para a catálise heterogênea, a maior área supercifial é sinonimo de maior taxa (rendimento) reacional.
