4.11
Números de Oxidación
Las reacciones redox entre metales y no metales suelen involucrar una transferencia total de electrones para formar compuestos iónicos, y es por esto que son fáciles de identificar. Sin embargo, las reacciones redox que solo involucran no metales y una transferencia parcial de electrones no son tan fáciles de identificar. Las reacciones redox se caracterizan por los cambios en los estados de oxidación de los átomos, lo que indica que hay un movimiento de electrones entre ellos.
El estado de oxidación o número de oxidación de un átomo en un compuesto representa la carga que este tendría si los electrones que se comparten en cada enlace heteronuclear se transfirieran en su totalidad al átomo más electronegativo. Los enlaces homonucleares se dividen equitativamente. Por ejemplo, en el cloruro de hidrógeno el cloro es más electronegativo.
Si el electrón del hidrógeno se transfiere en su totalidad al cloro, este presentará una carga 1, correspondiente al estado de oxidación 1, y el hidrógeno presentará una carga 1, correspondiente al estado de oxidación 1. Se pueden asignar estados de oxidación a átomos en su forma elemental y en la mayoría de los iones y compuestos, a través del uso de ciertas reglas específicas. Las primeras tres reglas siempre deben seguirse.
Las otras reglas se aplican una por una hasta que las primeras tres se cumplan. Ahora, se aplicarán estas reglas para identificar si las reacciones que forman dióxido de azufre y carbonato de calcio son reacciones redox. De acuerdo con la regla número 1, los elementos libres tienen un número de oxidación igual a cero, por lo que al azufre elemental y al oxígeno elemental se les asigna el número de oxidación cero.
Según la regla número 3, la suma de los números de oxidación en un compuesto neutral es igual a cero, entonces los números de oxidación del azufre y el oxígeno en el dióxido de azufre deberían sumar cero. De acuerdo con la regla número 6, el número de oxidación de cada átomo de oxígeno es 2 en el dióxido de azufre. Dos átomos de oxígeno suman 4.
El número de oxidación del azufre es, por lo tanto, 4. El número de oxidación del azufre aumenta de cero a 4, por lo que se oxida, mientras que el número de oxidación del oxígeno baja de cero a 2, por lo que se reduce. Por tanto, esta es una reacción redox.
En el caso del carbonato de calcio, el estado de oxidación del oxígeno es 2 en los tres compuestos, y el del calcio es 2 en el óxido de calcio y en el carbonato de calcio. Según la regla 3, el carbono debe ser 4 en el dióxido de carbono y en el carbonato de calcio. Debido a que no existen cambios en los números de oxidación de los átomos durante la reacción, esta no es una reacción redox.
En las reacciones redox, la transferencia de electrones ocurre entre las especies que reaccionan. La transferencia de electrones se describe mediante un número hipotético llamado número de oxidación (o estado de oxidación). Representa la carga efectiva de un átomo o elemento, que se asigna mediante un conjunto de reglas.
Número de oxidación (estado de oxidación)
En el caso de un compuesto iónico, los números de oxidación se asignan en función del número de electrones transferidos entre las especies que reaccionan. Por ejemplo, en la formación de cloruro de calcio (CaCl2), el calcio pierde dos electrones de valencia y los dos átomos de cloro ganan un electrón cada uno. En el CaCl2, el estado de oxidación del calcio es +2, y el estado de oxidación de cada cloro es −1.
En el caso de los compuestos covalentes, los electrones no se ganan ni se pierden, sino que se comparten entre los átomos. El átomo con una mayor atracción por los electrones tira más fuertemente del par compartido. Las reacciones que involucran compuestos covalentes se identifican como redox aplicando el concepto de número de oxidación para rastrear los movimientos de los electrones. los estados de oxidación nos ayudan a identificar fácilmente las especies que están siendo oxidadas y reducidas en reacciones redox.
Las reglas para asignar el número de oxidación
Los números de oxidación pueden ser positivos, negativos o cero. Se asignan en función de las siguientes reglas:
- Todos los elementos libres tienen un número de oxidación cero. Los elementos podrían ser monoatómicos, diatómicos o poliatómicos.
- En un compuesto, los elementos del grupo 1A (todos los metales alcalinos) tienen un número de oxidación de +1, mientras que los elementos del grupo 2A (todos los metales alcalinotérreos) tienen un número de oxidación de +2.
- Los halógenos suelen tener un número de oxidación de −1, excepto en sus compuestos con oxígeno, donde tienen un estado de oxidación positivo.
El flúor es el elemento más electronegativo. Tiene un estado de oxidación de −1 en todos sus compuestos. - Para los iones monoatómicos, el número de oxidación es el mismo que la carga del ión.
- El oxígeno siempre tiene un número de oxidación de −2, excepto en peróxidos, donde su número de oxidación es −1.
- El hidrógeno tiene un estado de oxidación de +1 con no metales y −1 con metales.
- La suma del número de oxidación para un compuesto neutro es cero, mientras que para un ion poliatómico, es igual a la carga en el ion.
Este texto ha sido adaptado de Openstax, Química 2e, Sección 4.2: Clasificación de las Reacciones Químicas.
Las reacciones redox entre metales y no metales suelen involucrar una transferencia total de electrones para formar compuestos iónicos, y es por esto que son fáciles de identificar. Sin embargo, las reacciones redox que solo involucran no metales y una transferencia parcial de electrones no son tan fáciles de identificar. Las reacciones redox se caracterizan por los cambios en los estados de oxidación de los átomos, lo que indica que hay un movimiento de electrones entre ellos.
El estado de oxidación o número de oxidación de un átomo en un compuesto representa la carga que este tendría si los electrones que se comparten en cada enlace heteronuclear se transfirieran en su totalidad al átomo más electronegativo. Los enlaces homonucleares se dividen equitativamente. Por ejemplo, en el cloruro de hidrógeno el cloro es más electronegativo.
Si el electrón del hidrógeno se transfiere en su totalidad al cloro, este presentará una carga 1, correspondiente al estado de oxidación 1, y el hidrógeno presentará una carga 1, correspondiente al estado de oxidación 1. Se pueden asignar estados de oxidación a átomos en su forma elemental y en la mayoría de los iones y compuestos, a través del uso de ciertas reglas específicas. Las primeras tres reglas siempre deben seguirse.
Las otras reglas se aplican una por una hasta que las primeras tres se cumplan. Ahora, se aplicarán estas reglas para identificar si las reacciones que forman dióxido de azufre y carbonato de calcio son reacciones redox. De acuerdo con la regla número 1, los elementos libres tienen un número de oxidación igual a cero, por lo que al azufre elemental y al oxígeno elemental se les asigna el número de oxidación cero.
Según la regla número 3, la suma de los números de oxidación en un compuesto neutral es igual a cero, entonces los números de oxidación del azufre y el oxígeno en el dióxido de azufre deberían sumar cero. De acuerdo con la regla número 6, el número de oxidación de cada átomo de oxígeno es 2 en el dióxido de azufre. Dos átomos de oxígeno suman 4.
El número de oxidación del azufre es, por lo tanto, 4. El número de oxidación del azufre aumenta de cero a 4, por lo que se oxida, mientras que el número de oxidación del oxígeno baja de cero a 2, por lo que se reduce. Por tanto, esta es una reacción redox.
En el caso del carbonato de calcio, el estado de oxidación del oxígeno es 2 en los tres compuestos, y el del calcio es 2 en el óxido de calcio y en el carbonato de calcio. Según la regla 3, el carbono debe ser 4 en el dióxido de carbono y en el carbonato de calcio. Debido a que no existen cambios en los números de oxidación de los átomos durante la reacción, esta no es una reacción redox.
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