Reacções Redox: Importância das reacções redox na técnica, Produção do ferro e do aço e o Processo aluminotérmico

Reacções Redox

Reacções de oxidação-redução ou reacções redox são aquelas que ocorrem acompanhadas de perda e ganho simultâneo de oxigénio.

No decorrer de uma reacção redox, a substância que tem oxigénio cede-o outra. Aquela que precisa, ganha-o. Ao processo de cedência de oxigénio chama-se redução e ao processo de ganho, designa-se de oxidação. Como a redução e a oxidação ocorrem simultaneamente, resulta a designação redox.

A substancia que cede o oxigénio chama-se oxidante e a substância que ganha o oxigénio chama-se redutor.

Tomando como exemplo a reacção do hidrogénio com o óxido de cobre II, teremos a seguinte representação do processo redox:

O redutor é o hidrogénio (H₂) porque ganhou oxigénio durante a reacção.

O oxidante é o CuO porque perdeu oxigénio no decorrer da reacção.

O processo de perda de oxigénio pelo CuO transformando-se em Cu é a redução.

Enquanto que o de ganho de oxigénio pelo H₂, transformando-se em H₂O é a oxidação.

Podemos representar as ocorrências em forma de equações parciais, semi-equacões:

• Semi-equação de oxidação (ganho de oxigénio): H_{2 (g)} + ½ O_{2 (g)} → H₂O _(g)
• Semi-equação de redução (perda de oxigénio): CuO_(s) → Cu_(s)

Importância das reacções redox na técnica

As Reacções redox são muito importantes na Vida dos seres vivos, por exemplo, o processo de respiração, apesar da complexidade para a sua explicação, é um processo redox que permite a transformação dos açucares no organismo em energia para a manutenção da Vida. A produção de energia através das pilhas e baterias também constitui uma das grandes aplicações das reacções redox, e que terás oportunidade de aprender no futuro (Fig. 24).

A obtenção e purificação de metais na siderurgia constitui uma das aplicações práticas das reacções redox na técnica. Os metais, na sua maioria, não existem na Natureza na forma livre, ocorrem na forma combinada sob forma de minérios, sendo assim necessário à sua extração (separação).

A indústria que faz extração dos minérios e dos respectivos metais chama-se metalurgia. A metalurgia que se dedica especificamente à extração e fabrico de vários tipos de ferro e ago chama-se siderurgia.

Fig. 24 – A energia produzida nas pilhas e baterias é resultado de processo redox.

Fig. 25 – Corrosão de metais

Alguns metais reagem facilmente com o oxigénio formando os respectivos óxidos. Essas reacções são responsáveis pela corrosão de materiais metálicos. A corrosão causa a deterioração do material metálico. Isso ocorre não sé na presença do oxigénio do ar, mas também da égua doce, da égua salgada, da humidade do ar e mesmo de outros metais.

O ferro, por exemplo, quando exposto ao ar, enferruja. Entretanto, o alumínio, o cobre, o zinco e o estanho, não se corroem, formam uma camada de óxido que protege o metal da corrosão.

Assim, uma das aplicações das reacções redox consiste em proteger metais que facilmente se corroem por outros que resistem, através do processo designado galvanoplastia. Este processo permite, por exemplo, a produção de artigos banhados a ouro ou a estanho, criando uma preciosidade de artigos outrora menos preciosos.

Produção do ferro e do aço

Um dos processos redox mais importantes da siderurgia é o da produção do ferro a partir do minério hematite (óxido de ferro III, Fe₂O₃), através de processos redox. A produção ocorre em fornos especiais designados de alto-forno, em que o minério é submetido a elevadas temperaturas em presença do carvão. No forno ocorrem fundamentalmente três transformações:

• Ardor do carvão (coque), em ambiente pobre em oxigénio, formando o monóxido de carbono:

2C_(s) + O_{2 (g)} → 2CO_(g)

• Redução do minério hematite (Fe₂O₃) pelo monóxido de carbono (CO), formando o ferro:

• Reacção do monóxido de carbono com o oxigénio, formando dióxido de carbono:

2CO_(s) + O_{2 (g)} → 2CO_{2 (g)}

Parte do dióxido de carbono libertado volta a entrar no processo, sendo reduzido pelo carvão a monóxido de carbono, porém, a outra parte é libertada para a atmosfera, causando a poluição atmosférica.

O ferro assim obtido da redução do minério, ferro de primeira, também chamado gusa, contém grandes quantidades de carbono e não tem muita aplicação, pois é quebradiço. Submetendo a gusa fusão (aquecimento intenso até passar ao estado líquido), obtém-se o ferro fundido, que é uma variedade de ferro muito dura, mas que facilmente se molda.

O aço é uma liga (mistura) de ferro e de carbono, em que a quantidade de carbono compreende entre 0,01 % e 1,7%. O aço é obtido por retirada do carbono do ferro após aquecimento intenso em fornos especiais chamados conversores.

O aço apresenta muitas aplicações, por exemplo, no fabrico de pregos, arame, eixos de máquinas, ímanes, linhas férreas, armações de cimento, etc.

Processo aluminotérmico

Quando se pretende obter pequenas quantidades de ferro, por exemplo, para soldar ou ligar os carris (linhas férreas) usa-se o processo aluminotérmico durante a sua construção que consiste na oxidação do alumínio e redução do óxido de ferro.

Para tal, mistura-se o alumínio finamente triturado com o óxido de ferro (III), eleva-se a temperatura (por exemplo, pelo maçarico) num determinado ponto da mistura até que a reacção se inicie. Depois a reacção propaga-se ao longo de toda a mistura. O processo descrito pode ser traduzido pela equação química abaixo, que é um processo redox.

Fe₂O_{3 (s)} + 2Al _(s) → 2Fe_(s) + Al₂O_{3 (s)}

Bibliografia

AFONSO, Amadeu; DOMINGOS, Ernesto. Q8 – Química 8ª Classe. 2ª Edição. Texto Editores, Maputo, 2020.