Os equilíbrios de oxiredução em 10 pontos. Primeiro ponto, definição de oxidação. A minhaula de hoje vai ver sobre o tema dos equilíbrios de oxidação e de redução.
E, portanto, vamos começar dando a definição de uma reação de oxidação como sendo aquela transformação em que uma determinada espécie química, por exemplo, um íon, uma molécula, sofre a perda de um ou mais elétrons. No exemplo geral aqui reproduzido é a espécie A que sofre a perda de elétrons, ou seja, está sujeita a um processo de oxidação, cuja consequência é sua transformação na substância C. Peguei como exemplos os casos em que os metais sólidos, como ferro e zinco, são de alguma forma dissolvidos em água.
Nesse processo, seus átomos precisam ser transformados nos respectivos cum. Para que isso aconteça, precisam perder elétrons, ou seja, vão sofrer oxidação. Os átomos de ferro precisam perder três elétrons e aqueles de zinco, dois elétrons.
Segundo ponto, definição de redução. Suponho que seja bastante esperado que se a oxidação é o processo de perda de elétrons, a redução é a reação em que uma determinada espécie sofre ganho de um ou mais elétrons. No exemplo genérico, é a substância B que sofre o ganho de elétrons, ou seja, está sujeita a um processo de redução, cuja consequência é sua transformação na substância D.
Como exemplo concreto, peguei exatamente o contrário do que acabo de mostrar no slide anterior. Portanto, a reação em que os íons de uma espécie metálica dissolvidos em água, como os íons de cobre, são transformados no respectivo metal sólido. Para que isso aconteça, precisam ganhar elétrons, aqui no caso, dois para cada átomo, ou seja, eles vão sofrer redução.
Terceiro ponto, processos redox. A essa altura já deve ter ficado clara a analogia com as reações ácido base, onde estavam envolvidas trocas de prótons, sendo que aqui o discurso é bastante parecido com a diferença que a partícula que é trocada é o elétron. Também espero que tenha aparecido a complementariedade entre oxidação e redução, no sentido que os dois processos precisam acontecer simultaneamente entre espécies diferentes.
Porque se na redução elétrons são ganhos por uma determinada entidade química aqui indicada como B, é porque simultaneamente outra entidade química aqui indicada como a perdeu aqueles mesmos elétrons. Agora, só mudando um pouco a representação simbólica, podemos também dizer que na oxidação a espécie A passa da sua forma reduzida, portanto, com excesso de elétrons para a sua forma oxidada com carência de elétrons. E vice-versa.
Ao ser reduzida, a espécie B passa da sua forma oxidada com carência de elétrons para a sua forma reduzida com excesso de elétrons. Usando os mesmos exemplos dos slides anteriores, podemos dizer que a oxidação de ferro e de zinco podem ser promovidas pela redução simultânea dos íons de cobre. Nós chamamos esses processos em que ocorre simultaneamente a oxidação e a redução, processos redox.
Quarto ponto, agente oxidante e agente redutor. Obviamente, se os dois processos de oxidação e de redução não acontecerem simultaneamente e envolverem a mesma quantidade de elétrons, nem a oxidação, nem a redução pode acontecer. Sempre no caso das duas reações vistas agora a pouco, isso significa que nunca podemos oxidar o ferro ou o zinco sem que alguma outra espécie química sofra uma redução, que claramente não precisa ser o cobre.
Por este motivo, se costuma dizer que para a ocorrência de uma reação de oxidação é preciso ter um agente oxidante, que é a substância que sofre a redução e, portanto, possibilita a oxidação. No nosso exemplo, o agente oxidante é o íon cobre. Da mesma forma, invertendo o ponto de vista, para a ocorrência de uma reação de redução, é preciso ter um agente redutor, que é a substância que sofre a oxidação e, portanto, possibilita a redução.
No nosso exemplo, os agentes redutores são o ferro ou zinco metálicos. Quinto ponto, equilíbrios redox envolvendo o nitrogênio. Nos exemplos que mostrei, a perda ou ganho de elétrons estava evidente de forma bastante clara.
Isso muitas vezes não é imediatamente perceptível. E um dos casos mais importantes do ponto de vista biológico e ambiental são algumas das transformações mais importantes do ciclo do nitrogênio. Aqui explicito para vocês os equilíbrios redox envolvendo trocas de elétrons pelo átomo de nitrogênio nas conversões de amônio para nitrogênio, molecular e vice-versa.
Sim. Lembremos que a passagem de N2 para NH4+ representa a etapa de fixação no ciclo do nitrogênio. N2 para óxido nitroo de N2O para nitrito e de nitrito para nitrato.
Conforme mostrado, do lado esquerdo do diagrama temos as formas com o excesso de elétrons, formas reduzidas. a mais reduzida sendo o amônio. E, portanto, a passagem da esquerda para a direita representa as oxidações que requerem agentes oxidantes e levam as formas químicas com carência de elétrons, ou seja, as formas oxidadas, a mais oxidada delas sendo o nitrato.
Já a passagem da direita para a esquerda representa as reduções que requerem agentes redutores. Sexto ponto, equilíbrio redoxo envolvendo enxofre. Outro exemplo muito importante para nós se refere às diferentes espécies de enxofre inorgânico.
Aqui explicito para vocês os equilíbrios redoxos envolvendo trocas de elétrons pelo átomo de enxofre nas conversões de sulfeto para enxofre elementar sólido e vice-versa, de enxofre elementar para on sulfito e de sulfito para o íon sulfato. Conforme mostrado e do lado esquerdo esquerdo do diagrama, temos as formas com excesso de elétrons, formas reduzidas. A mais reduzida dela sendo o sulfeto.
E, portanto, a passagem da esquerda para a direita representa as oxidações que requerem agentes oxidantes e levam as formas químicas com carência de elétrons. Formas oxidadas. a mais oxidada dela sendo o sulfato.
Já a passagem da direita para a esquerda representa as reduções que requerem agentes redutores. Sétimo ponto, equilíbrios redoxos envolvendo outras espécies presentes na água. Outros exemplos bastante importantes de equilíbrios redox no meio aquático que merecem ser destacados são aqueles que envolvem o ferro e o cromo, entre muitos outros.
O ferro é um elemento químico que além da forma metálica que todos conhecemos do nosso dia a dia, aqui indicado como ferro zero, pode ser encontrado na forma iônica como cumente ou ferro 2 e Crivalente ou ferro 3. As transformações entre uma espécie e outra é sempre uma reação de oxidação ou redução, dependendo do sentido. O cromo é um elemento químico que também existe na forma metálica, como no caso do ferro, aqui indicado como cromo zero, mas pode ser encontrado em água na forma iônica como crivalente ou cromo 3, mas pode ser encontrado em água também.
eh nessa forma anônica chamada cromato ou cromo 6, em que está associado com o átomo de oxigênio. Novamente as transformações entre uma espécie e outra é sempre uma reação de oxidação num sentido e redução no outro. Oitavo ponto, equilíbrios redox envolvendo matéria orgânica.
Um caso importantíssimo de reações redoxas são aquelas que envolvem o carbono na matéria orgânica. Em particular, quando a matéria orgânica é utilizada no metabolismo para gerar energia e, portanto, é transformada em CO2 durante a respiração celular, ela passa por um processo de oxidação em que cada átomo de carbono perde oito elétrons e é convertido em CO2. No caso da molécula orgânica mais simples, o o metano, isso implica numa perda total deste número de elétrons, mas eh com moléculas orgânicas maiores, este número é multiplicado pelo número de átomos de carbono.
Por exemplo, na oxidação de glucose, que tem seis átomos de carbono, são perdidos um total de 24 elétrons. É implícito que na fotossíntese, ou seja, no percurso inverso, o carbono passa por um processo de redução. Aqui eu coloquei várias setas porque esses processos bioquímicos não são diretos, envolvem várias etapas, geralmente bastante complexas.
Nono ponto, oxigênio dissolvido como fator de controle dos equilíbrios redox em água. Ora, nos slides anteriores, nós evidenciamos toda uma série de sistemas de oxidação e redução entre diversas famílias de espécies químicas. ficou mais ou menos implícito em todos os casos que para que aconteça uma oxidação, será sempre necessário um agente oxidante ou receptor de elétrons.
E para que aconteça uma redução, será sempre necessário um agente redutor ou doador de elétrons. Como o nosso interesse principal é no meio aquático, é fundamental entender que neste contexto o mais importante agente oxidante é sempre o oxigênio dissolvido. O O2 é um excelente agente oxidante que ao receber elétrons sofre redução e se transforma em H2O.
Isso significa que sua presença garante condições oxidantes que favorecem o predomínio de espécies na forma oxidada, como nitrato, sulfato, ferro 3 e cromato. Só para citar os exemplos que foram mencionados acima. Além de garantir a possibilidade de respiração celular, será importante entender o que acontece quando há carência de oxigênio dissolvido e porque neste caso, serão favorecidas as espécies na forma reduzida.
Décimo ponto, demanda bioquímica de oxigênio. O que acabamos de ver se liga ao nosso último ponto que diz respeito à demanda bioquímica de oxigênio, DBO, que é um parâmetro muito importante para caracterizar o meio aquático. Este parâmetro que não pode ser confundido com o oxigênio dissolvido, que indica a efetiva quantidade de moléculas de oxigênio presentes num corpo d'água.
representa qual seria a quantidade total de oxigênio necessária para oxidar completamente toda a matéria orgânica presente naquele contexto. Nesse sentido, a DBO é representativa da concentração de matéria orgânica, por exemplo, derivada da introdução de esgoto doméstico e, portanto, presente como poluente. Quanto maior a DBO, mais um corpo de água está contaminado.
A não ser, é claro, que a matéria orgânica tenha uma origem natural, mas mesmo neste caso, estaríamos numa situação de risco para a manutenção da disponibilidade de oxigênio dissolvido e, portanto, de vida aquática, que depende da presença de oxigênio. Na prática, a DBO pode ser calculada em laboratório por meio de procedimentos padronizados. Pronto, isso era o que tinha para falar para vocês hoje.
Agradeço a atenção e me despeço. Tchau e até a próxima. Yeah.
