Aula 10 - NOX e reações redox

Escrito por Fernando Garcia

NOX e Reações Redox

Uma das partes mais legais de se aprender na química são os diversos tipos de reações que podem ocorrer. Mais legal que saber essas reações é entendê-las de forma consciente para que se possa notar o motivo delas acontecerem. Temos dois grandes grupos de reações, as que são inorgânicas e as reações orgânicas, contudo temos um tipo de ração que intersecta esses dois conjuntos são as reações de oxidação e de redução, isso é o que veremos nesta aula. 

O NOX

As reações de oxidação e redução (comumente chamadas de reações redox), são fundamentadas na variação de uma propriedade dos átomos em moléculas que se denomina número de oxidação, ou NOX. Esse conceito surge da ideia de uma carga em um átomo devido à ionização ou uma ligação bastante polarizada. Vejamos dois exemplos. 

Na molécula de água o NOX do $H$ é $+1$ e do $O$ é $-2$, mesmo assim nenhum desses átomos é da forma de íon dentro da molécula, haja visto que temos um composto de caráter covalente. Analogamente, em um composto que tem caráter iônico temos cargas bem definidas que são os NOX de cada um, por exemplo no $AgCl$, o $Ag$ tem NOX $+1$ e o $Cl$ tem NOX $-1$ que coincidem ambas com suas respectivas cargas. Note que essa diferença de número de oxidação em compostos covalentes é fruto de uma diferença de eletronegatividade entre os átomos, o que contribui para uma disposição desigual de elétrons na ligação, deixando essas pequenas cargas em ambos os átomos. 

Como calcular o NOX dos elementos em um composto?

Primeiro passo para determinar o NOX de certos elementos em um composto é determinar a carga total dessa espécie química. Tomemos como exemplo a molécula de $NH_3$ e vamos determinar o NOX do nitrogênio nela. Como essa molécula não é um íon, sua carga total é $0$, caso fosse um íon a carga total do composto é justamente a carga do íon. Agora, com a carga total da molécula, podemos afirmar que a soma de todos os NOX dos átomos da molécula tem que ser igual a $0$. Assim:

$NOX(N) + 3\cdot NOX(H) = 0$

Certo, já temos uma equação, porém temos um pequeno problema ainda, temos duas incógnitas e apenas uma equação para resolver. Isso é solucionado pelo fato de termos elementos químicos com NOX fixo, ou seja, com apenas um valor possível. Neste caso, apenas o hidrogênio possui NOX fixo, o nitrogênio pode variar seu NOX entre vários valores. Segue agora uma lista de elementos de NOX “fixo” que são bem úteis na hora da determinação do NOX.

• H - $+1$
• O - $-2$ (pode ser $-1$ ou $-0,5$ em peróxidos e superóxidos respectivamente)
• 1A - $+1$
• 2A - $+2$
• Al - $+3$
• Ag - $+1$
• Zn - $+2$
• 7A - $-1$

Com esses NOX predeterminados podemos descobrir o NOX de diversos outros elementos em compostos químicos, já que teremos os valores necessários para resolver as equações. Voltando ao caso inicial da amônia, tínhamos a equação: 

$NOX(N) + 3\cdot NOX(H) = 0$

Sabemos agora que o hidrogênio tem NOX fixo e igual a $+1$, deste modo: 

$NOX(N) + 3\cdot 1 = 0$

Logo:

$NOX(N) = -3$

Descobrimos o NOX do nitrogênio como queríamos. Um adendo importante que devemos ressaltar é que este método de montar uma equação e resolver para achar o NOX de certos elementos só é necessário para substâncias compostas, haja visto que em substâncias simples as ligações não possuem diferença de eletronegatividade, ou seja, o NOX de todos os átomos é $0$, já que os elétrons estão dispostos de forma igual na ligação química em questão. Devido a isso, o NOX do $O$ no $O_2$ é $0$, do $H$ no $H_2$ também é 0 e assim sucessivamente. 

Encontrando o NOX pela estrutura

Outra maneira de se determinar o NOX de uma estrutura é pela análise das ligações que ocorrem na estrutura do composto a ser analisado. Se lembra quando eu disse que o NOX é fruto de uma diferença de eletronegatividade entre os átomos que realizam uma ligação? Então, a proposta que vamos usar para determinar o NOX dos átomos nas estruturas é exatamente essa. Vejamos o exemplo do ácido acético.

Nosso objetivo aqui é determinar o NOX do carbono marcado com a bolinha vermelha. Para isso vamos analisar as ligações que este carbono faz. Notamos que ele realiza $2$ ligações sigmas com os oxigênios, uma pi com o oxigênio da carbonila e outra ligação sigma com um carbono. Desconsiderando a diferenciação entre ligações pi e sigmas, temos um total de $3$ ligações com oxigênio e uma ligação com carbono. 

Agora que listamos todas as ligações que o carbono faz, atribuímos os seguintes valores a cada uma: 

• Para cada ligação com um átomo mais eletronegativo que o carbono, soma-se $+1$ ao seu NOX.
• Para cada ligação com um átomo menos eletronegativo que o carbono, soma-se $-1$ ao seu NOX.
• Para uma ligação entre carbonos, soma-se $0$ ao seu NOX.

Assim, como o carbono faz $3$ ligações com oxigênio, que é mais eletronegativo que ele, e uma com outro carbono, seu NOX é dado por $1 + 1 + 1 + 0 = +3$. Aqui usamos o exemplo com carbono, mas podemos fazer isso para qualquer átomo em qualquer estrutura molecular, sempre usando essa mesma atribuição de valores para cada ligação, apenas trocando a palavra carbono pelo átomo a ser analisado. 

Reações redox

Basicamente esse tipo de reação são aquelas em que há alteração no NOX de pelo menos um dos elementos envolvidos na reação. Para que isso aconteça, precisamos ter um produto que tenha um NOX maior que o do reagente (uma oxidação) e um com NOX menor que o reagente (redução). Isso é uma balança, não podemos ter apenas uma reação de oxidação ou apenas uma de redução, ambas devem acontecer simultaneamente para que a reação de fato ocorra. Vejamos dois exemplos de reação de oxidação:

$CH_4 + 2O_2 \rightarrow CO_2 + 2H_2O$

Note que nessa reação tivemos a mudança no NOX de dois elementos, do carbono e do oxigênio. O carbono aumentou seu NOX de $-4$ para $+4$ e o oxigênio diminuiu seu NOX de $0$ para $-2$, assim, dizemos que o carbono se oxidou e o  oxigênio reduziu, configurando assim uma reação de oxirredução ou redox. O nome desse tipo específico de reação onde o oxigênio oxida átomos até o seu NOX máximo (ou até suas formas fortemente estáveis como $N_2$) é chamada de combustão. 

Outro exemplo que gostaria de abordar é quanto temos uma reação do tipo: 

$Hg_2Cl_2 + NH_3 \rightarrow Hg + HgNH_2Cl + HCl$

Note que nessa reação temos apenas um elemento que varia seu NOX, o mercúrio. Ele varia seu NOX de $+1$ para $+2$ (sofrendo oxidação) e ao mesmo tempo de $+1$ para $0$ (sofrendo redução). Temos uma reação redox, haja visto que ocorreu uma oxidação e uma redução ao mesmo tempo, contudo, essa reação recebe o nome de desproporcionamento, já que o mesmo elemento é quem se oxida e se reduz simultaneamente. 

Dica importante para identificação de uma reação redox: Calcule o NOX dos elementos nos reagentes e nos produtos. Pode, à primeira vista, não parecer que temos uma oxidação ou uma redução, porém, quando se calcula todos os NOX as coisas ficam bem mais claras. 

Conclusão

Essa matéria é fundamental tanto na química inorgânica, quanto na orgânica e até na físico-química. Por isso, é fundamental que você entenda as bases do que é NOX e reações redox, além de saber determiná-los quando necessário. Essa habilidade vem com o tempo e com muita prática, assim, não esqueça de exercitar bastante essa matéria. Dito isso, bons estudos!