O Processo de Descoberta: Oxidação e Redução

Georg Ernst Stahl

O primeiro passo em direção a uma teoria das reações químicas foi dado por Georg Ernst Stahl em 1697, quando ele propôs a teoria do flogistico, que se baseava nas seguintes observações:

  • Os metais têm muitas propriedades em comum.
  • Os metais frequentemente produzem um “calx” quando aquecidos. O termo calx é definido como o resíduo quebradiço deixado depois que um mineral ou metal é torrado.
  • Esses calcários não são tão densos quanto os metais dos quais são produzidos.
  • Alguns desses calcários formam metais quando aquecidos com carvão.
  • Com apenas algumas exceções, o calcário é encontrado na natureza, não o metal.

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As observações levaram Stahl às seguintes conclusões.

  • O flogisto (do grego flogistos “queimar”) é emitido sempre que algo queima.
  • A madeira e o carvão são particularmente ricos em flogisto porque deixam muito poucas cinzas quando queimam. As velas devem ser quase “puro flogisto” porque não deixam cinzas.
  • Por serem encontrados na natureza, os calcários devem ser mais simples do que os metais.
  • Os metais formam um calcário exalando flogisto – Metal —–>calx + flogisto.
  • Os metais podem ser feitos adicionando-se flogisto ao cálice – Calx + —–>metal flogístico.
  • Como o carvão vegetal é rico em flogístico, o aquecimento de calcários na presença de carvão vegetal às vezes produz metais.

Este modelo teve um sucesso notável, pois explicava por que os metais têm propriedades semelhantes; ou seja, todos eles continham flogisto. Isso explicava a relação entre os metais e seus calcários -com o ganho ou perda do flogisto. Ele até explicou por que uma vela se apaga quando colocada em uma redoma de vidro; -o ar eventualmente fica saturado de flogisto.

Havia apenas um problema com a teoria do flogisto. Já em 1630, Jean Rey notou que o estanho ganha peso quando forma um calcário. O cal é cerca de 25% mais pesado que o metal. Do nosso ponto de vista, isso parece ser uma falha fatal: se o flogisto se desprende quando um metal forma um cal, por que o calx pesa mais do que o metal? Essa observação não incomodou os proponentes da teoria do flogisto. Stahl explicou isso sugerindo que o peso aumentou porque o ar entrou no metal para preencher o vácuo deixado depois que o flogisto escapou.

A teoria do flogisto foi a base da pesquisa em química durante a maior parte do século XVIII. Foi só em 1772 que Antoine Lavoisier observou que os não metais ganham grandes quantidades de peso quando queimados no ar. O peso do fósforo, por exemplo, aumentava por um fator de cerca de 2,3. A magnitude dessa mudança levou Lavoisier a concluir que o fósforo deve se combinar com algo no ar quando queima. Esta conclusão foi reforçada pela observação de que o volume de ar diminui por um fator de 1/5 quando o fósforo queima em uma quantidade limitada de ar.

Lavoisier propôs o nome de oxigênio (literalmente, “formador de ácido”) para a substância absorvida do ar quando um composto queima. Ele escolheu esse nome porque os produtos da combustão de não metais, como o fósforo, são ácidos quando se dissolvem na água.

P4(s) + 5 O2(g) → P4O10(s)

P4O10(s) + 6H2O(l) →4H3PO4(aq)

A teoria da combustão do oxigênio de Lavoisier foi finalmente aceita e os químicos começaram a descrever qualquer reação entre um elemento ou composto e o oxigênio como oxidação. A reação entre o magnésio metálico e o oxigênio, por exemplo, envolve a oxidação do magnésio.

2 Mg(s) + O2(g) → 2MgO(s)

Na virada do século 20, parecia que todas as reações de oxidação tinham uma coisa em comum; a oxidação sempre parecia envolver a perda de elétrons. Os químicos, portanto, desenvolveram um modelo para essas reações que se concentrava na transferência de elétrons. Acreditava-se que o magnésio metálico, por exemplo, perdia elétrons para formar íons Mg2+ quando reagia com o oxigênio. Por convenção, o elemento ou composto que ganhou esses elétrons sofreu redução. Nesse caso, as moléculas de O2 foram reduzidas para formar íons O2-.

reação de oxirredução magnesio e oxigenio

Uma demonstração clássica das reações de oxidação-redução envolve a colocação de um pedaço de fio de cobre em uma solução aquosa do íon Ag+. A reação envolve a transferência líquida de elétrons do metal cobre para íons Ag+ para produzir bigodes de metal prateado que crescem do fio de cobre e íons Cu2+.

Cu(s) + 2Ag+(aq) → Cu2+(aq) + 2Ag(s)

Os íons Cu2+ formados nesta reação são responsáveis pela cor azul-clara da solução. Sua presença pode ser confirmada pela adição de amônia a esta solução para formar o íon complexo azul profundo de Cu(NH3)42+.

reação entre nitrato de prata e fio de cobre
Reação oxirredução entre o nitrato de prata e um fio de cobre.

Os químicos acabaram reconhecendo que as reações de oxidação-redução nem sempre envolvem a transferência de elétrons. Não há mudança no número de elétrons de valência em qualquer um dos átomos quando o CO2 reage com H2, por exemplo,

CO2(g) + H2(g) ⇌ CO(g) + H2O(g)

Os químicos, portanto, desenvolveram o conceito de número de oxidação para estender a ideia de oxidação e redução a reações nas quais os elétrons não são realmente ganhos ou perdidos. O modelo mais poderoso de reações de oxidação-redução é baseado nas seguintes definições.

  • A oxidação envolve um aumento no número de oxidação de um átomo.
  • A redução ocorre quando o número de oxidação de um átomo diminui.

De acordo com este modelo, o CO2 é reduzido quando reage com o hidrogênio porque o número de oxidação do carbono diminui de +4 para +2. O hidrogênio é oxidado nesta reação porque seu número de oxidação aumenta de 0 para +1.

 

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