Óxidos

Os óxidos são compostos binários de oxigênio, ou seja, formados pelo elemento oxigênio e outro elemento, o qual pode ser um metal ou um ametal. Nos óxidos, entende-se que o oxigênio deva ser o elemento mais eletronegativo do composto. As regras de nomenclatura dos óxidos são estabelecidas pela União Internacional de Química Pura e Aplicada (Iupac), mas todos os compostos possuem um nome que é uma variante básica da estrutura “óxido + nome do elemento presente”.

Os óxidos podem ter caráter iônico ou covalente, o que traz alterações drásticas nas suas propriedades físicas, como pontos de fusão e ebulição, e propriedades químicas, como estabilidade e reatividade. Podem ser divididos nas seguintes classes: ácidos, básicos, neutros, anfóteros, mistos, peróxidos ou superóxidos. São compostos de extrema importância para a sociedade de modo geral e apresentam diversas aplicações, seja para obtenção de substâncias metálicas, seja para produção de medicamentos, tintas, entre outros.

Leia também: Funções inorgânicas — o estudo das bases, ácidos, sais e óxidos

Tópicos deste artigo

• 1 - Resumo sobre os óxidos
• 2 - Videoaula sobre óxidos
• 3 - O que são óxidos?
• 4 - Fórmula dos óxidos
• 5 - Exemplos de óxidos
• 6 - Nomenclatura dos óxidos
• 7 - Propriedades dos óxidos
• 8 - Classificação dos óxidos
• 9 - Aplicação dos óxidos
• 10 - Exercícios resolvidos sobre óxidos

Resumo sobre os óxidos

• Óxidos são compostos binários de oxigênio, ou seja, são formados pelo átomo de oxigênio e outro elemento.
• Podem existir tanto óxidos metálicos quanto óxidos de elementos não metálicos.
• A nomenclatura dos óxidos é estabelecida pela Iupac, mas todos os compostos são uma variação básica de “óxido + nome do elemento”.
• As propriedades gerais dos óxidos dependem da natureza deles, como, por exemplo, se são iônicos ou covalentes.
• Os óxidos podem ser classificados em ácidos, básicos, neutros, anfóteros, mistos, peróxidos ou superóxidos.
• Os óxidos possuem grande campo de aplicação na sociedade, como para a obtenção de substâncias metálicas e fabricação de tintas e corantes.

Videoaula sobre óxidos

O que são óxidos?

Óxidos são compostos binários de oxigênio, ou seja, compostos formados por dois elementos químicos, sendo que um deles é, obrigatoriamente, o oxigênio. Esse outro elemento ligado ao oxigênio pode ser tanto um metal quanto um ametal.

Alguns autores destacam que, em um óxido, o oxigênio deve ser o elemento mais eletronegativo desse composto.

Fórmula dos óxidos

Os óxidos apresentam a fórmula geral E_xO_y, em que “E” é um elemento qualquer (com exceção do flúor, pois esse é mais eletronegativo que o oxigênio) e “O” é, obviamente, o oxigênio.

Os índices “x” e “y” refletem a atomicidade e são, na maioria das vezes, numericamente iguais às cargas (número de oxidação) do oxigênio e do elemento, respectivamente.

Destaca-se que os compostos são representados com fórmula mínima, ou seja, as atomicidades são o menor número inteiro possível. Em alguns casos, ao simplificar para o menor inteiro possível, a atomicidade pode tornar-se diferente das cargas. É o caso do óxido de cálcio, CaO, em que as cargas de cálcio e oxigênio são +2 e −2, respectivamente. Assim, inicialmente, poderíamos representar esse óxido como Ca₂O₂, mas, respeitando-se a ideia de menor inteiro possível, a fórmula fica como CaO.

Exemplos de óxidos

• Na₂O – óxido de sódio
• CaO – óxido de cálcio
• CO₂ – dióxido de carbono
• N₂O₅ – pentóxido de dinitrogênio
• UO₂ – óxido de urânio IV
• FeO – óxido de ferro II ou óxido ferroso

Nomenclatura dos óxidos

As regras de nomenclatura para óxidos estão determinadas no livro Nomenclature of Inorganic Chemistry, da União Internacional de Química Pura e Aplicada (Iupac). O livro, também conhecido como Red Book (Livro Vermelho), estabelece que compostos binários (como é o caso dos óxidos) podem seguir a recomendação de nomes estequiométricos, ou seja, o nome do óxido é dado, em geral, como:

óxido + nome do elemento

Em alguns casos, é possível a presença de prefixos multiplicativos (como mono-, di-, tri-, etc.) se houver necessidade.

São exemplos:

• CO: monóxido de carbono
• CO₂: dióxido de carbono
• Fe₂O₃: trióxido de diferro
• N₂O₄: tetróxido de dinitrogênio

Outra forma de indicar informações acerca da proporção estequiométrica dos elementos nos óxidos, segundo a Iupac, é por meio da utilização das cargas ou números de oxidação. Nesse caso, a indicação da carga deve vir por meio de um algarismo romano dentro de um parêntesis logo após o nome do elemento ao qual se refere a carga. Contudo, muitos autores omitem os parêntesis e, dessa forma, é comum a utilização dos algarismos romanos sem a utilização dos parêntesis. Assim:

• FeO: óxido de ferro (II) ou óxido de ferro II.
• N₂O: óxido de nitrogênio (I) ou óxido de nitrogênio I.
• MnO₂: óxido de manganês (IV) ou óxido de manganês IV.
• CO: óxido de carbono (II) ou óxido de carbono II.

A Iupac ainda determina que os prefixos multiplicativos não se fazem necessários caso não haja ambiguidade acerca da estequiometria do composto. Isso se aplica, então, aos elementos que apresentam número de oxidação fixo, pois, como adquirem sempre a mesma carga ao se ligarem, não variam a estequiometria de seus compostos binários. Assim, temos os exemplos:

• CaO: óxido de cálcio.
• Na₂O: óxido de sódio.
• Al₂O₃: óxido de alumínio.
• ZnO: óxido de zinco.

Leia também: Ácidos — um estudo completo sobre essas substâncias

Propriedades dos óxidos

As propriedades dos óxidos variam significativamente de acordo com o elemento ao qual o oxigênio se liga. Por exemplo, os óxidos metálicos são de natureza majoritariamente iônica, enquanto os óxidos de ametais são de natureza majoritariamente covalente. Os compostos iônicos apresentam interação mais forte, em razão das forças de atração eletrostática, de natureza coulombianas. Essa diferença traz impactos em propriedades observadas macroscopicamente, como as temperaturas de fusão e ebulição.

A tabela a seguir relaciona temperaturas de fusão de alguns óxidos de acordo com sua natureza de ligação:

Os óxidos de metais de transição podem apresentar cores distintas, por conta das transições eletrônicas que podem ocorrer entre os elétrons presentes nos subníveis d (para o caso dos elementos de transição externa) e nos subníveis f (para o caso dos elementos de transição interna). Por isso, diversas cores são possíveis, visto que as transições eletrônicas ocorrem com energias diferentes e, assim, as luzes emitidas terão comprimentos de ondas diferentes.

Apenas os metais de transição que possuam ausência de elétrons nos subníveis d ou f, ou que tenham esses subníveis totalmente preenchidos, não terão cor, ou melhor dizendo, terão uma coloração branca. É o caso, por exemplo, do óxido TiO₂, pois a espécie Ti⁴⁺ não apresenta mais elétrons no subnível d (isoeletrônico do argônio), e do ZnO, cujo subnível d do Zn²⁺ está totalmente preenchido com 10 elétrons, inviabilizando as transições.

A reatividade dos óxidos é muito dependente das propriedades íntrinsecas dos elementos, assim como de sua configuração eletrônica. Porém, de modo geral, podemos perceber que o caráter ácido e básico é, de certa forma, periódico. Vê-se que os elementos mais à esquerda da tabela periódica formam óxidos de maior caráter básico. À medida que se desloca no período, em direção aos halogênios, o caráter básico diminui e o caráter ácido se acentua.

Classificação dos óxidos

Os óxidos possuem um sistema de classificação, o qual pode ser visto a seguir.

• Óxidos ácidos: óxidos que, ao reagirem com a água, originam um ácido em solução (ou uma solução ácida). Os óxidos ácidos são também conhecidos como anidridos, um nome histórico que serve para indicar que são a forma desidratada dos ácidos. Os ametais formam óxidos ácidos, como é o caso do trióxido de enxofre:

SO₃ + H₂O → H₂SO₄ → 2 H⁺ + SO₄²⁻

Também é percebido que óxidos de metais com NOx superior a +5 apresentam caráter ácido. Dessa forma, podem reagir com bases para formar sais e água, como é o caso do óxido de manganês VII:

Mn₂O₇ + 2 KOH → 2 KMnO₄ + H₂O

• Óxidos básicos: óxidos que, ao reagirem com a água, originam uma base em solução (ou uma solução básica). Em geral, percebe-se que metais de baixo número de oxidação irão apresentar caráter básico, como os metais alcalinos e alcalino-terrosos:

Na₂O + H₂O → 2 NaOH → 2 Na⁺ + 2 OH⁻

Por conta dessa característica, podem reagir com ácidos, como as bases convencionais.

CaO + 2 HCl → CaCl₂ + H₂O

• Óxidos neutros: óxidos que não apresentam caráter ácido ou básico, não reagindo com água. Os três principais óxidos neutros são CO, NO e N₂O.
• Óxidos anfóteros: óxidos que podem apresentar caráter ácido ou básico, a depender do meio reacional. Em um mesmo período da tabela periódica, de maneira geral, os elementos mais eletropositivos são fortemente alcalinos, enquanto os elementos mais eletronegativos são fortemente ácidos. Conforme se caminha do elemento mais eletropositivo para o elemento mais eletronegativo, o caráter alcalino vai decaindo, enquanto o caráter ácido aumenta. Existe uma região de transição, próxima à divisória entre metais e ametais, em que surgem elementos de característica anfótera, formando assim óxidos anfóteros, como é o caso do alumínio (Al₂O₃), zinco (ZnO), chumbo (PbO) e estanho (SnO).

Perceba que o alumínio pode reagir tanto com o ácido sulfúrico quanto com o hidróxido de sódio:

Al₂O₃ + 3 H₂SO₄ → Al₂(SO₄)₃ + 3 H₂O

Al₂O₃ + 2 NaOH → 2 NaAlO₂ + H₂O

• Óxidos duplos, salinos ou mistos: são óxidos resultantes da combinação de dois óxidos de um mesmo elemento.

Fe₂O₃ + FeO → Fe₃O₄

UO₂ + 2 UO₃ → U₃O₈

• Peróxidos: são, na verdade, o grupo O₂²⁻, em que os dois átomos de oxigênio estão ligados por uma ligação covalente simples, na qual cada um apresenta a carga igual a −1. Os principais peróxidos são o de hidrogênio, H₂O₂, e os de metais alcalinos e alcalino-terrosos.

O peróxido de hidrogênio é formado nas reações dos demais peróxidos com água ou ácidos, pois o ânion peróxido é um grande aceptor de íons hidrogênio (os peróxidos de metais alcalinos e alcalino-terrosos possuem caráter altamente básico).

O₂²⁻ + H₂O → O₂H⁻ + OH⁻

O₂H⁻ + H₂O → H₂O₂ + OH⁻

• Superóxidos: o ânion superóxido consiste no grupo O₂⁻. Alguns autores alegam, então, que cada oxigênio presente apresenta um número de oxidação igual a –½. Apenas superóxidos metálicos podem ser estáveis e, quanto maior a eletropositividade e o raio do metal, maior a estabilidade da espécie. Por isso, são superóxidos estáveis os de potássio, rubídio, césio, estrôncio e bário. Os superóxidos são altamente oxidantes, hidrolisando rapidamente a água e assim produzindo gás oxigênio e íons hidróxidos.

O₂⁻ + H₂O → O₂ + O₂H⁻ + OH⁻

2 O₂H⁻ → O₂ + 2 OH⁻

Aplicação dos óxidos

Praticamente todos os elementos presentes na tabela periódica apresentam pelo menos um óxido. Com base nisso, é perceptível que os usos dos óxidos são variados e extensos.

O que é possível dizer, de modo geral, é que óxidos coloridos podem ser usados como pigmentos na fabricação de tintas e corantes, como é o caso dos óxidos de lantanídeos, os quais são empregados para colorir vidros. O TiO₂, de coloração branca, acaba sendo muito aplicado na fabricação de pigmentos e tintas também. Não só isso, possui eficiência em impedir a absorção de raios ultraviolenta, nocivos à nossa pele, e, por isso, encontra-se na formulação de filtros solares.

Os óxidos de metais são fontes primárias para as substâncias metálicas. Diversos óxidos foram e são utilizados para a produção de metais, tais como ferro (hematita), alumínio (bauxita), cobre (tenorita e cuprita), entre outros.

Embora seja difícil (para não dizer impossível) elencar os usos específicos dos óxidos de cada elementos, a seguir serão dispostos alguns usos comuns de alguns óxidos bem difundidos e conhecidos:

• Óxido de cálcio (CaO): produção de argamassa, calagem do solo.
• Dióxido de carbono (CO₂): gaseificação de bebidas, como refrigerantes.
• Óxido de magnésio (MgO): produção do leite de magnésia, um antiácido bem difundido no mercado.
• Monóxido de carbono (CO): agente redutor no processo de obtenção do ferro.
• Peróxido de hidrogênio (H₂O₂): comercialmente vendido sob o nome de água oxigenada, é um poderoso agente oxidante, alvejante e antisspéptico.
• Monóxido de dinitrogênio (N₂O): conhecido como gás hilariante, é muito usado como anestésico.
• Dióxido de silício (SiO₂): constituinte majoritário da areia, é o principal ingrediente na fabricação de vidros. É também usado como agente antiumectante.

Exercícios resolvidos sobre óxidos

Questão 1

(UERJ/2024) O ânion superóxido é uma espécie química oxidante que possui dois átomos de oxigênio e carga −1, sendo capaz de formar compostos binários com metais alcalinos e alcalino-terrosos. Sabendo que o cálcio é um metal alcalino-terroso, a fórmula química do superóxido de cálcio corresponde a:

1. CaO₂
2. CaO₄
3. Ca₂O
4. Ca₂O₄

Resposta: Letra B.

Sendo o cálcio um metal alcalino-terroso, seu número de oxidação é fixo, sendo igual a +2. Como o ânion superóxido (O₂⁻) é formado por dois átomos de oxigênio, com carga total igual a −1, então são necessários dois grupos superóxidos para a formação do superóxido de cálcio. Por isso, a resposta é CaO₄.

Questão 2

(Univassouras/2022.1) O óxido nitroso é um gás empregado como analgésico em aplicações medicinais. Nesse óxido, o nitrogênio apresenta número de oxidação +1. A fórmula molecular do óxido nitroso corresponde a:

1. NO
2. NO₂
3. N₂O
4. N₂O₄

Resposta: Letra C.

Nos óxidos (não nos superóxidos ou peróxidos), o número de oxidação do oxigênio é igual a −2. Assim, como o nitrogênio apresenta número de oxidação igual a +1 no óxido nitroso, é possível dizer que são necessários dois átomos de nitrogênio e apenas um de oxigênio para neutralização das cargas, chegando-se, então, à fórmula N₂O.

Fontes:

USBERCO, J.; SALVADOR, E. Química. 9ª. ed. São Paulo: Saraiva, 2013.

INTERNATIONAL UNION OF PURE AND APPLIED CHEMISTRY – IUPAC. GoldBook – Compendium of Chemical Terminology. Disponível em: <https://goldbook.iupac.org/>.

INTERNATIONAL UNION OF PURE AND APPLIED CHEMISTRY – IUPAC. Nomenclature of Inorganic Chemistry – IUPAC Recommendations. Cambridge, Inglaterra: RSC Publishing, 2005.

CENTRO DE EDUCAÇÃO DE APOIO À EDUCAÇÃO À DISTÂNCIA, UFMG. Princípios de Química Inorgânica. Disponível em: <https://www2.ufjf.br/quimicaead//files/2013/09/QI_Aula1.pdf>

FUNDAÇÃO CECIERJ. Funções da Química Inorgânica. Química. v. 8, n. 3. Disponível em: < https://canal.cecierj.edu.br/122016/95ac104b60b8312bf706321bfd6be2dc.pdf>.

ZUMDAHL, S. S. Oxide. Britannica. Disponível em: < https://www.britannica.com/science/oxide>.