ENEM 2019: Reações de Oxirredução envolvendo hidrocarbonetos - parte 1

Olá, amorinhos! Como estão os estudos? Hoje vamos falar um pouco sobre Química, na parte 1 do assunto de reações de oxirredução.

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Vocês sabiam que as reações de oxirredução estão presentes em diversos processos químicos bem conhecidos, como na obtenção de metais a partir de óxidos e sulfetos, nas eletrólises, nas pilhas eletroquímicas, nas combustões, e em inúmeras reações que ocorrem nas indústrias químicas e nos organismos vivos?

 

E esse é um assunto muito exigido no Enem e Vestibulares, seja no reconhecimento da reação de oxirredução em si, seja no balanceamento da equação química e na interpretação qualitativa e quantitativa de fenômenos, bem como na identificação dos agentes oxidante e do redutor e dos elementos que foram oxidados e reduzidos, respectivamente.

 

Antes de eu prosseguir nesse assunto, irei fazer uma rápida revisão dos princípios gerais da oxirredução:

 

  • Reação de oxirredução é toda reação química onde há transferência de elétrons de uma espécie química (a espécie pode ser um átomo, uma molécula, um íon) para outra. Fique certo que há centenas de reações de oxirredução conhecidas na Química. Quando se explora uma delas, boa parte do raciocínio desenvolvido pode ser transportado para todas as outras.

 

  • A espécie química que faz a doação de elétrons é chamada REDUTOR. A espécie química que aceita os elétrons é o OXIDANTE.

 

  • Os elétrons doados pelo (agente) Redutor devem ser integralmente aceitos pelo (agente) Oxidante.

 

  • A grandeza conhecida como Número de Oxidação (abreviadamente NOx) é definida para o átomo de um elemento que está contido numa dada espécie química. O valor do NOx do átomo depende da espécie química (fórmula estrutural) onde ele se encontra e das eletronegatividades dos átomos com os quais esse átomo está ligado por covalência.

 

 

Admitindo-se que a ligação covalente entre dois átomos seja rompida, o mais eletronegativo deles ficará com o elétron do outro. Cada elétron “perdido” por um átomo significa que ele adquiriu uma carga +1. Cada elétron “recebido” pelo outro átomo significa que ele adquiriu uma carga -1.

 

  1. Por exemplo, na molécula do metano há quatro ligações entre o carbono e os hidrogênios. Se elas fossem quebradas, o carbono (mais eletronegativo)ficaria com o NOx = -4 e cada hidrogênio ficaria com o NOx = +1.

 

  1. As eletronegatividades dos principais elementos presentes nos compostos orgânicos obedecem a sequência: F > O > N > Cl > Br > I > S > C> H.

 

Veja os NOx do carbono nas estruturas a seguir:

 

estrutura quimica enem estrutura quimica enem estrutura quimica enem

FELTRE, R. Química, volume 3. São Paulo: Moderna, 2004.

 

Devido ao grande número de compostos orgânicos, o átomo de carbono tem NOx no intervalo fechado de -4 até +4, inclusive0. A forma mais correta de identificar o NOx de cada carbono na molécula é, portanto, verificar com quais átomos ele está ligado e aplicar o conhecimento das eletronegatividades dado anteriormente.

 

OBS: PARA RECONHECER UMA REAÇÃO ORGÂNICA DE OXIRREDUÇÃO FAÇA O SEGUINTE:

 

Obtenha os NOx de todos os átomos de carbono, tanto no reagente quanto no produto da reação. Em seguida, analise as possibilidades:

 

  1. Se o NOx do carbono aumentou ao passar do primeiro para o segundo membro da equação, significa que ele (o carbono) sofreu oxidação e que a substância onde ele se encontrava no reagente é o (agente) Redutor.

 

  1. Se o NOx do carbono diminuiu ao passar do primeiro para o segundo membro da equação, significa que ele (o carbono) sofreu redução e que a substância onde ele se encontrava no reagente é o (agente) Oxidante.

 

  1. Se NOx do carbono não sofre variação do primeiro para o segundo membro, a reação, provavelmente, não é de oxirredução. Entretanto,

 

  1. Para chegar na conclusão anterior certifique-se que nenhum outro átomo de outro elemento, presente na reação, apresentou variação do NOx (O,N, S…).

 

OXIRREDUÇÃO ENVOLVENDO ALCANOS

 

A principal reação de oxirredução envolvendo alcanos é a combustão. Sua grande importância reside na produção de calor (energia) quando reagem com o gás oxigênio.

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Nesse processo, os átomos de carbono do hidrocarboneto são oxidados geralmente até CO2 (se a combustão é completa, o carbono alcança NOx máximo = +4), ou a CO (combustão incompleta, onde o carbono tem NOx=+2) e até mesmo a C(s) (fuligem, onde o átomo tem NOx = zero).

 

Na reação de combustão o alcano atua como redutor. O agente oxidante utilizado é quase sempre o gás oxigênio (atmosférico, ou puro).

 

combustao completa quimica combustao incompleta quimica

 

 

 

 

 

 

A combustão completa ocorre somente à primeira reação equacionada.

 

Quando a combustão é incompleta, o calor liberado por mol do alcano é sempre menor que o da combustão completa e depende do gás oxigênio consumido.

 

Na combustão incompleta podemos ter todas as três reações acima ocorrendo ao mesmo tempo, ou apenas as duas primeiras, ou a primeira com a terceira, ou a segunda com a terceira, ou apenas a segunda, ou apenas a terceira. No caso de a reação produzir carbono sem queimar a fumaça é fuliginosa.

 

Como se percebe, a combustão incompleta do alcano não pode ser traduzida somente pela segunda ou pela terceira equação.

 

Em princípio, qualquer composto orgânico pode sofrer combustão como é o caso, principalmente, dos álcoois, dos óleos e das gorduras vegetais. Entretanto, os derivados do petróleo e o gás natural são os mais empregados.

 

OXIRREDUÇÃO NAS REAÇÕES DE SUBSTITUIÇÃO.

 

As reações de substituição em alcanos foram mostradas no caderno 2 (halogenação, nitração e sulfonação). Em qualquer uma delas o alcano atua como redutor e o reagente (halogênio, ácido nítrico, ou ácido sulfúrico) atua como oxidante.

 

Por exemplo, na reação de substituição CH4+  Cl2→  H3CCl  +  HCl  pode-se notar que o carbono teve seu NOx aumentado de -4 para -2, sofrendo oxidação. O metano CH4 é o Redutor. O átomo de cloro diminuiu o NOx de zero para -1.Logo,o átomo de cloro foi reduzido e, portanto, a substância cloro, Cl2, é o Oxidante.

 

OXIRREDUÇÃO ENVOLVENDO DUPLAS LIGAÇÕES

 

Essas reações podem ser realizadas sob duas formas distintas: branda (suave) e enérgica (intensa).

 

OXIRREDUÇÃO BRANDA DE ALCENOS

 

Para realizar a oxidação branda empregamos o reagente de Baeyer, uma solução aquosa diluída de KMnO4, em meio levemente alcalino (a força do oxidante diminui quando o pH aumenta). A reação pode ser equacionada na forma abaixo, produzindo um diol vicinal:

 

estrutura quimica enem

FELTRE, R. Química, volume 3. São Paulo: Moderna, 2004.

 

O reagente de Baeyer tem coloração violeta. Ao reagir com o composto orgânico ele é consumido e sua cor desaparece. Dizemos que o teste (de cor) foi positivo.

 

OXIRREDUÇÃO ENÉRGICADE ALCENOS COM KMnO4

 

A oxidação enérgica ocorre quando usamos a solução aquosa ácida concentrada de KMnO4 (ou de dicromato de potássio),com aquecimento. Nessas condições a cadeia é quebrada no local da dupla ligação e os produtos gerados dependem dos carbonos sp2:

 

Se o carbono da dupla é primário há formação de ácido carbônico que, sendo instável, se decompõe em água e gás carbônico. Se ele é secundário, produz ácido carboxílico e, no caso de terciário, produz cetona.

 

Os dois exemplos a seguir ajudam a entender a cisão da molécula do alceno. Tenha atenção aos NOx dos átomos de carbono assinalados na segunda equação:

 

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FELTRE, R. Química, volume 3. São Paulo: Moderna, 2004.

 

Ufa! Esse assunto de Oxirredução é bem interessante, não é mesmo? Fique atento que a segunda parte entrará em breve em nosso blog.

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Beijos,

Flávia

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