No cotidiano existem muitas reações de oxidorredução, ou seja, reações em que uma espécie química oxida (perde elétrons) e outra se reduz (ganha elétrons) simultaneamente. Por exemplo, a reação de fotossíntese realizada pelas plantas ocorre quando as moléculas de clorofila absorvem a energia solar, que é usada para transformar gás carbônico e água em glicose e gás oxigênio:
6 CO2 + 6 H2O → C6H12O6 + 6 O2
Essa é uma reação de oxidorredução porque há transferência de elétrons. Mas como vamos saber se determinada reação é de oxidorredução? E como saber que espécies ganharam (reduziram) e perderam elétrons (oxidaram)?
As respostas para essas questões estão no conceito de Número de Oxidação, mais conhecido como NOX. O NOX é a carga elétrica que um átomo de um elemento adquire quando participa de uma ligação. Se a ligação for iônica, será a sua carga real, mas se for uma ligação covalente (molecular), corresponderá ao caráter parcial que o elemento adquiriria se a ligação fosse rompida e o par de elétrons ficasse com o elemento mais eletronegativo.
A eletronegatividade é a tendência que um elemento tem de atrair elétrons, e o NOX está intimamente ligado a esse conceito.
Por exemplo, a ligação que forma o sal de cozinha (cloreto de sódio - NaCl) é iônica, ou seja, há transferência de elétrons de um átomo para outro. No caso, o sódio (Na) perde um elétron para o cloro, assim se formam dois íons, Na+ e Cl-. Visto que essa ligação é iônica, o NOX desses elementos é a sua própria carga, isto é, o NOX do Na é +1 e o NOX do Cl é -1.
Agora considere o caso de uma ligação covalente. Uma molécula de água (H2O) é formada pelo compartilhamento de elétrons entre cada átomo de hidrogênio e o oxigênio, conforme mostrado abaixo. Se essas ligações fossem rompidas, o oxigênio, que é o elemento mais eletronegativo, ficaria com mais dois elétrons, obtendo NOX igual a -2 (porque os elétrons são negativos). Visto que cada hidrogênio perdeu um elétron, o NOX de cada um deles seria +1.
NOX de elementos em uma molécula de água
Assim, se determinarmos o NOX de cada elemento nas reações e observarmos que houve alguma alteração neles, ou seja, que aumentaram ou diminuíram, isso mostrará que a reação é de oxirredução e saberemos quem reduziu e quem oxidou. Se o NOX aumentar, o elemento sofreu oxidação, mas se diminuir, significa que o elemento sofreu redução.
Existem alguns NOX que são fixos, mas o da maioria dos elementos muda de acordo com o tipo de ligação realizado na molécula ou fórmula unitária. Veja alguns exemplos que praticamente permanecem inalterados:
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H → o hidrogênio, em quase todos os casos, encontra-se com o NOX igual a +1. Ele só terá o NOX -1 se estiver ligado a metais, que são menos eletronegativos que ele;
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O → o oxigênio possui NOX -2 na maioria das substâncias, mas existem algumas exceções: seu NOX será -1 em peróxidos, -1/2 em superóxidos e pode ser +2 ou +1 em fluoretos;
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Metais alcalinos (elementos da família 1: Li, Na, K, Rb, Cs) → sempre que estiverem em substâncias compostas, eles terão o NOX +1;
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Metais alcalinoterrosos (elementos da família 2: Be, Mg, Ca, Sr, Ba) → sempre que estiverem em substâncias compostas, eles terão o NOX +2;
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Halogênios (elementos da família 17 (ou 7 A): F, Cl, Br, I) → sempre que o halogênio for o elemento mais eletronegativo, que é na maioria dos casos, ele terá o NOX -1.
Agora veja algumas regras para a determinação do NOX:
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Substâncias simples: o NOXsempre é zero;
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Íons monoatômicos (formados por um único tipo de átomo): o NOX é igual à própria carga do íon;
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Íons compostos: A soma dos NOX dos elementos que compõem o íon é sempre igual à sua carga;
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Substâncias compostas: A soma dos NOX dos elementos que compõem a substância é sempre zero.
Agora, vamos usar essas regras para determinar o NOX dos elementos nos exemplos abaixo:
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Na1+: NOX = +1 (íon monoatômico)
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N2: NOX = 0 (substância simples)
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O2: NOX = 0 (substância simples)
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Fe: NOX = 0 (substância simples)
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O2-: NOX = -2 (íon monoatômico)
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F1-: NOX = -1 (íon monoatômico)
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HF: NOX H = +1; NOX F = -1 (veja que a soma de seus NOXé zero (+1 -1 = 0)
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NH41+: NOX H = +1
Para descobrir o NOX do nitrogênio nesse íon composto (NH41+), temos que levar em consideração que a soma de seus NOX é igual à carga do íon completo, assim, fazemos o seguinte cálculo:
Cálculo do NOX do nitrogênio no íon amônio
Observe que é necessário multiplicar cada índice pelo NOX do elemento. Assim, descobrimos que o NOX do N é igual a -3 nesse íon.
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CH4:
Seguindo o mesmo raciocínio do item anterior, porém com a diferença de que agora é uma substância composta e que, portanto, a soma dos NOX será igual a zero, temos:
Cálculo do NOX do carbono em uma molécula de metano
NOX C = -4, Nox H = +1.
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CaCO3:
O NOX do Ca é +2, porque ele é um metal alcalinoterroso, já o do oxigênio é -2, assim, temos que descobrir o do carbono:
Cálculo do NOX do carbono em uma molécula de carbonato de cálcio
Agora que já sabemos calcular o NOX, vamos descobrir qual elemento reduziu e qual oxidou na reação de fotossíntese:
+4 -2 +1 -2 +4 -1 -2 0
6 CO2 + 6 H2O → C6H12O6 + 6 O2
O NOX do oxigênio passou de -2 para zero, seu NOX aumentou, o que significa que ele perdeu dois elétrons, ou seja, ele oxidou. O NOX do hidrogênio diminuiu de +1 para -1, o que nos mostra que foi ele quem reduziu, ganhando os dois elétrons que o oxigênio perdeu.
Por Jennifer Fogaça
Graduada em Química
Aproveite para conferir nossa videoaula relacionada ao assunto:
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