Química – Ciscato, Pereira, Chemello e Proti
Determinando o nox em diferentes tipos de espécies químicas
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- Exemplos de moléculas e os números de oxidação dos seus átomos constituintes Espécie
- Fórmula estrutural e nox
- Fórmula eletrônica Números de oxidação
- Responda em seu caderno 1
- Espécie Representação esquemática da fórmula eletrônica Nox (P)
- Investigando o potencial de redução de espécies químicas
- Semirreação de oxidação Zn(s) ⇌ Zn 2+ (aq) + 2 e − Semirreação de redução
- Semirreação de oxidação
Determinando o nox em diferentes tipos de espécies químicas A determinação do nox é fundamental para associar os fenômenos de oxidação e de redução aos reagentes e produtos de uma reação química. Serão consideradas agora espécies com mais átomos, como a molécula de etanol (C2H6O), que apresenta nove átomos no total. Para a determinação do nox de cada átomo, apenas para efeito didático, será considerado um rompimento hipotético das ligações covalentes, de modo que o par de elétrons que compõe a ligação fique com o átomo mais eletronegativo. Para calcular o nox de cada um dos átomos da molécula de etanol, é preciso levar em conta que para cada elétron “ganho” pelo átomo mais eletronegativo soma-se uma carga negativa e para cada elétron “perdido” pelo átomo menos eletronegativo soma-se uma carga positiva. Ligações entre átomos do mesmo elemento químico (e, portanto, de mesma eletronegatividade) não geram “ganhos” ou “perdas” de elétrons (na molécula de etanol estudada, um exemplo é a ligação C–C). Com base nessas informações e na fórmula eletrônica do etanol, é possível encontrar o nox de cada um dos átomos que constitui a molécula, como é mostrado a seguir. 
Fórmula eletrônica no etanol e indicação dos nox dos seus átomos em sua fórmula estrutural. Observe que a soma dos nox de todos os átomos que compõem a molécula de etanol é igual a zero, assim como em todas as espécies químicas eletricamente neutras. Na tabela a seguir há mais alguns exemplos da determinação dos nox dos átomos em algumas espécies químicas neutras.
Percebe-se que átomos de certos elementos químicos podem apresentar diferentes valores de nox, como é o caso do enxofre e do nitrogênio, que constituem moléculas como as apresentadas na tabela acima. De fato, os átomos de determinados elementos químicos Página 125 possuem valores intermediários de eletronegatividade e podem apresentar mais de um número de oxidação. Quando ligados, por exemplo, somente a átomos de elementos químicos de baixa eletronegatividade, como o hidrogênio, seu nox tende a ser baixo – na molécula do gás CH4, por exemplo, o átomo de carbono tem nox −4, visto que há quatro pares de elétrons compartilhados e o átomo de carbono é mais eletronegativo que o de hidrogênio. Quando ligados a elementos muito eletronegativos, como o flúor, o nox tende a ser alto – no CF4(l), o átomo de carbono tem nox +4, visto que há quatro pares de elétrons compartilhados e o flúor é mais eletronegativo que o carbono. Como pôde ser observado nos exemplos anteriores, a soma dos valores de nox em moléculas é igual a zero, por se tratar de espécies químicas eletricamente neutras. Mas e quanto aos íons poliatômicos? Em íons com mais de um elemento químico em sua composição, como o sulfato, SO42−, o raciocínio é praticamente o mesmo. Considere como exemplo o sal sulfato de sódio (Na2SO4).
Note que, ao se somar os valores de nox de todas as espécies químicas envolvidas, o resultado será zero. Nox do sódio +1 ⋅ 2 átomos = +2 Nox do oxigênio −2 ⋅ 4 átomos = −8 Nox do enxofre +6 ⋅ 1 átomo = +6 Soma → 0 Mas, se o íon sulfato for analisado individualmente, a soma dos valores de nox deverá ser igual à sua carga, ou seja, −2: Nox do oxigênio −2 ⋅ 4 átomos = −8 Nox do enxofre +6 ⋅ 1 átomo = +6 Soma → −2
Em praticamente qualquer farmácia, supermercado ou loja de suplementos alimentares, pode-se encontrar [...] produtos naturais antioxidantes, como óleo de peixes, folhas de Gingko biloba ou de trigo. Esses suplementos alimentares são utilizados para ajudar a controlar a [...] [quantidade] de radicais do corpo humano e reduzir a velocidade do envelhecimento e o aparecimento de doenças degenerativas, como ataques cardíacos e câncer. Os radicais ocorrem naturalmente no corpo, em parte, como um subproduto do metabolismo. Eles têm funções importantes, mas podem causar problemas se não forem eliminados quando não mais necessários. Eles contêm, com frequência, átomos de oxigênio e oxidam as moléculas de lipídios (gorduras), que formam as membranas celulares e outros tecidos vitais. Essas oxidações mudam a estrutura das moléculas de lipídios e, em consequência, afetam as funções das membranas. [...] Evidências recentes sugerem que a ação de radicais sobre as células vivas é o principal agente do processo de envelhecimento. [...]
Folha da árvore Gingko biloba, de origem chinesa. Alguns estudos apontam que o extrato dessas folhas tem propriedade antioxidante; outros que podem auxiliar no tratamento de distúrbios da memória. Em qualquer caso, não se recomenda a automedicação; o acompanhamento médico é indispensável. Página 126 O organismo mantém uma rede de antioxidantes, vitaminas A, C e E, enzimas antioxidantes e um grupo de compostos relacionados, chamados de coenzima Q, para os quais uma fórmula geral é dada abaixo, sendo n o número de vezes que um grupo em particular é repetido, que pode ser 6, 8 ou 10. Os antioxidantes são moléculas facilmente oxidadas e que, portanto, reagem com os radicais antes que eles possam reagir com outros compostos do organismo. Muitos alimentos comuns, como vegetais verdes, suco de laranja e chocolate, contêm antioxidantes. O mesmo acontece com o café e o chá. 
Fórmula estrutural da coenzima Q, um antioxidante usado pelo organismo para controlar o nível de radicais. Condições ambientais agressivas, como a luz ultravioleta, ozônio no ar que respiramos, má nutrição e fumaça de cigarros podem causar estresse oxidativo, uma condição em que a concentração de radicais fica tão alta que os antioxidantes naturais do organismo não podem mais nos proteger. O envelhecimento prematuro da pele superexposta à luz do sol e o câncer de pulmão dos fumantes são dois possíveis resultados. Ervas medicinais que contêm certos produtos fitoquímicos (produtos químicos derivados de plantas e óleos de peixe) estão sendo estudadas como antioxidantes em potencial que podem complementar a dieta, de modo a aumentar a proteção contra os radicais livres. Eles também estão sendo investigados quanto a sua capacidade de reduzir o processo de envelhecimento.
Perguntas sobre o texto Responda em seu caderno 1 Com relação às reações de oxidação e redução, o que acontece com um radical quando um antioxidante reage com ele? Cite pelo menos um benefício dessa reação para o organismo. 2 Explique a relação entre os radicais e a exposição solar da pele sem proteção com a possibilidade de desenvolvimento de câncer de pele. Questões para fechamento do tema Responda em seu caderno 1 Ao longo deste tema, foi mencionado que os átomos de oxigênio, em geral, apresentam nox −2. Uma exceção importante são os átomos de oxigênio constituintes de substâncias conhecidas como peróxidos. O peróxido de hidrogênio (H2O2), por exemplo, comercializado na forma de solução aquosa conhecida como água oxigenada, é usado como bactericida em ferimentos. Escreva em seu caderno a fórmula eletrônica do peróxido de hidrogênio e, a partir dela, determine o nox dos átomos de oxigênio dessa molécula. 2 O sal perclorato de amônio (NH4ClO4) é utilizado em foguetes para a produção de gás oxigênio por meio de uma reação de decomposição desse sal sob aquecimento. A equação a seguir representa a reação de obtenção do O2(g) a partir desse sal. 4 NH4ClO4(s) ⇌ 2 N2(g) + 6 H2O(g) + 4 HCl(g) + 5 O2(g) Os átomos de quais elementos químicos passam por variação de nox nessa reação? Quais são os valores dos números de oxidação desses átomos no reagente e nos produtos?
5 No livro O poço do Visconde: geologia para crianças, de Monteiro Lobato, lançado em 1965, há o seguinte diálogo entre Visconde de Sabugosa e Pedrinho: “[...] — Muito bem. Os tais sedimentos orgânicos, os tais cemitérios de animálculos e plantículas, geram os tais hidrocarbonetos que pegam fogo; mas isso só quando se reúnem umas tantas condições favoráveis. Esses cemitérios de matéria orgânica devem ser cobertos um pouco depressa pelos tais aterros dos rios. Têm que ficar incubados, como ovos na incubadeira, sob tais e tais condições; do contrário não saem os pintos do petróleo. — Que condições são essas? — perguntou Pedrinho. — Uma delas é ficarem isolados das águas. Esse isolamento livra a matéria orgânica de ser devorada por certos seres viventes, os urubuzinhos do mundo pequeno. E também a livra da fome insaciável do maior urubu que existe na Natureza, o tal Senhor Oxigênio. Este freguês tem um apetite de cabra. Come tudo quanto encontra [...].” O fenômeno descrito no texto a respeito do oxigênio refere-se à reação de:
A reação entre o ouro e os ácidos nítrico e clorídrico pode ser representada pela equação a seguir. Au(s) + 4 HCl(aq) + HNO3(aq) ⇌ HAuCl4(aq) + NO(g) + 2 H2O(l) Com base nas informações fornecidas, responda: a) Que espécie química foi oxidada? b) Que espécie química foi reduzida? c) Que espécie química é o agente oxidante? d) Que espécie química é o agente redutor? Página 128 TEMA 2 Potenciais padrão de redução 
AKG-Images/Album/Latinstock – national archaeological museumm, mycenae Espada grega do período micênico constituída por um cabo de ouro e lâmina de bronze (liga de cobre e estanho), exposta atualmente no Museu Arqueológico Nacional em Micena, Grécia. Como se pode notar, o ouro manteve sua aparência, enquanto o bronze mostra sinais de corrosão – o tom esverdeado do bronze é característico de alguns produtos de sua oxidação. Período micênico: período de predomínio dos micênicos, povo que conquistou parte da Grécia entre os anos de 1600 a.C. e 1100 a.C.; guerreiros e hábeis comerciantes foram os primeiros a produzir documentos escritos em uma forma inicial do grego; dominavam as artes da tecelagem em lã e linho, da cerâmica e da metalurgia do bronze. Alguns metais nobres, como o ouro, são pouco reativos e, mesmo com o passar do tempo, não têm sua aparência alterada – o ouro mantém seu brilho amarelado característico por milhares de anos. Entretanto, outros metais menos nobres, como o ferro, são oxidados em determinadas condições. Na sequência deste tema será investigada a reatividade de algumas espécies químicas, em especial a dos metais. Investigando o potencial de redução de espécies químicas Os metais há muito tempo fazem parte da vida do ser humano, tanto que a designação de alguns períodos históricos (Idade do Cobre, Idade do Bronze e Idade do Ferro) demonstra que o desenvolvimento das civilizações foi, de certo modo, impulsionado pela capacidade do homem de trabalhar com os metais. Em torno de 8000 a.C., a humanidade começou a utilizar alguns metais, entre eles o cobre, o ouro e a prata, todos encontrados na natureza na forma de substância pura, isto é, não combinados com átomos de outros elementos químicos. Porém, nenhum desses três metais era muito apropriado para a confecção de ferramentas, já que são deformados facilmente e apresentam baixa dureza. O efeito da adição de estanho ao cobre para produzir bronze só foi descoberto por volta de 3000 a.C. Em razão de sua dureza, o bronze é adequado para a produção de ferramentas e só foi substituído em aproximadamente 1000 a.C., após o desenvolvimento do processo de produção de ferro. Para entender por que metais como o ouro são tão resistentes à corrosão e geralmente pouco reativos, considere inicialmente os resultados experimentais demonstrados na imagem a seguir sobre a reatividade do zinco metálico (Zn(s)) em solução aquosa do sal sulfato de cobre(II) (CuSO4(aq)). Página 129
Observe a formação de cobre metálico (sólido avermelhado) sobre a lâmina de zinco – indício de ocorrência de reação química. Observa-se a deposição de cobre metálico sobre a superfície da placa de zinco, o que evidencia uma reação de redução por parte dos íons Cu2+ provenientes da dissociação do sal CuSO4. Os elétrons da redução devem ser provenientes dos átomos de zinco, que são oxidados espontaneamente. As equações referentes à reação de oxidação, à reação de redução e à reação global estão apresentadas a seguir.
Porém, quando uma lâmina de cobre é mergulhada em uma solução aquosa de sulfato de zinco, não se observa nenhuma evidência de reação química. O mesmo acontece com lâminas de ouro, prata e alguns outros metais. Nesse caso, diz-se que nessas condições o zinco é mais reativo que o cobre ou que o cobre é menos reativo que o zinco. Contudo, na reação apresentada no Tema 1, ao mergulhar uma placa de cobre numa solução de nitrato de prata, nota-se que o cobre é oxidado. Esses resultados permitem inferir que há uma ordem de reatividade entre os metais; assim, dependendo da combinação de dois metais, pode ou não haver reação química de oxirredução espontânea. A fim de conseguir comparar qualitativa e quantitativamente as espécies químicas, desenvolveu-se uma escala de potenciais padrão de redução (E0red), que representa a tendência que uma espécie química tem em ganhar elétrons por meio de uma reação de redução ou a medida da capacidade de uma espécie química em agir como agente oxidante. Esse potencial é chamado padrão quando medido em condições definidas como 25 °C, 1 bar e concentrações das espécies químicas em solução iguais a 1 mol/L. Essa escala de potenciais padrão de redução tem como referência o eletrodo padrão de hidrogênio, que, por convenção, tem valor de potencial de redução igual a zero. O eletrodo padrão de hidrogênio consiste em uma placa de platina (Pt), metal pouco reativo que funciona como um eletrodo inerte, imersa em um recipiente com uma solução ácida, conforme ilustra a imagem a seguir.
(A) Esquema simplificado do eletrodo padrão de hidrogênio. (B) Representações submicroscópicas das semirreações de oxidação e redução envolvidas. Representação sem escala; cores fantasia.
O multímetro é um aparelho que incorpora diversos instrumentos de medida, incluindo o voltímetro. Observe a presença de duas extremidades condutoras utilizadas para estabelecer um circuito fechado e, assim, obter um valor de diferença de potencial. O gás hidrogênio é borbulhado junto a uma placa de platina, que adsorve esse gás em sua superfície. A solução aquosa é de um ácido com concentração de íons H+(aq) igual a 1,0 mol/L. As possíveis reações que ocorrem nesse eletrodo podem ser escritas como uma semirreação de oxidação ou como uma semirreação de redução, dependendo da espécie que interage com o eletrodo padrão de hidrogênio; nos dois casos, os potenciais do eletrodo de hidrogênio são, por convenção, iguais a zero.
A seguir, observe um esquema representando as montagens experimentais utilizando o eletrodo padrão de hidrogênio para a determinação dos potenciais de redução do cobre e do zinco. 
ilustrações: Adilson Secco Esquemas de montagens experimentais para a determinação dos potenciais padrão de redução do cobre (A) e do zinco (B). Representação sem escala; cores fantasia. Em (A) tem-se uma placa de cobre metálico (Cu(s)) colocada em uma solução com íons cobre(II) (Cu2+(aq)). Essa placa está conectada por meio de um fio condutor ao eletrodo padrão de hidrogênio. Com o passar do tempo, observa-se o aumento da massa da placa de cobre, uma evidência de que está ocorrendo a redução eletroquímica dos íons cobre(II) e a oxidação do gás hidrogênio. Os dois compartimentos nas montagens estão conectados por uma membrana que permite a passagem de íons. As equações referentes às semirreações de oxidação do gás hidrogênio e redução do íon cobre são:
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