4.11: Números de Oxidação

Em reações redox, a transferência de eletrões ocorre entre espécies reativas. A transferência de eletrões é descrita por um número hipotético chamado de número de oxidação (ou estado de oxidação). Ele representa a carga efetiva de um átomo ou elemento, que é atribuído usando um conjunto de regras.

Número de Oxidação (Estado de Oxidação)

No caso de um composto iónico, os números de oxidação são atribuídos com base no número de eletrões transferidos entre espécies de reagentes. Por exemplo, na formação de cloreto de cálcio (CaCl₂), o cálcio perde dois eletrões de valência e os dois átomos de cloro ganham um eletrão cada. No CaCl₂, o estado de oxidação do cálcio é +2 e o estado de oxidação de cada cloro é −1. 

No caso de compostos covalentes, os eletrões não são obtidos ou perdidos, mas sim partilhados entre os átomos. O átomo com maior atração para eletrões puxa o par partilhado mais fortemente. As reações que envolvem compostos covalentes são identificadas como redox aplicando o conceito de número de oxidação para rastrear movimentos de eletrões. Os estados de oxidação ajudam-nos a identificar facilmente as espécies que estão a ser oxidadas e reduzidas em reações redox. 

As Regras Para Atribuição do Número de Oxidação

Os números de oxidação podem ser positivos, negativos ou zero. São atribuídos com base nas seguintes regras:

1. Todos os elementos livres têm um número de oxidação zero. Os elementos podem ser monoatómicos, diatómicos, ou poliatómicos. 
2. Em um composto, os elementos do grupo 1A (todos os metais alcalinos) têm um número de oxidação de +1, enquanto que os elementos do grupo 2A (todos os metais alcalinoterrosos) têm um número de oxidação de +2. 
3. Os halogénios têm geralmente um número de oxidação de −1, excepto nos seus compostos com oxigénio, onde têm um estado de oxidação positivo. 
   O flúor é o elemento mais eletronegativo. Tem um estado de oxidação de −1 em todos os seus compostos.
4. Para iões monoatómicos, o número de oxidação é o mesmo que a carga no ião. 
5. O oxigénio tem sempre um número de oxidação de −2, excepto nos peróxidos, onde o seu número de oxidação é −1.
6. O hidrogénio tem um estado de oxidação de +1 com não metais e −1 com metais.
7. A soma do número de oxidação para um composto neutro é zero, enquanto que para um ião poliatómico, é igual à carga no ião.

Este texto é adaptado de Openstax, Chemistry 2e, Section 4.2: Classifying Chemical Reactions.

As reações redox entre metais e não metais normalmente envolvem uma transferência completa de elétrons para formarem compostos iônicos;portanto, elas são fáceis de identificar. Contudo, as reações redox que envolvem apenas não metálicos com uma transferência parcial de elétrons não são tão facilmente identificáveis. As reações Redox são caracterizadas por alterações nos estados de oxidação dos átomos, o que indica o movimento dos elétrons entre os átomos.

O estado de oxidação, ou número de oxidação, de um átomo num composto é a carga que teria se os elétrons partilhados em cada ligação heteronuclear fossem completamente transferidas para o átomo mais eletronegativo. As ligações homonucleares estão divididas de forma igual. Por exemplo, no cloreto de hidrogênio gasoso, o cloro é mais eletronegativo.

Se o elétron de hidrogênio for completamente transferido para o cloro, o cloro recebe uma carga de menos um, correspondente ao estado de oxidação de menos um, e o hidrogênio recebe uma carga de mais um, correspondente ao estado de oxidação de mais um. Os estados de oxidação podem ser atribuídos aos átomos na forma elementar e na maioria dos íons e compostos utilizando regras específicas. As três primeiras regras são sempre seguidas.

As restantes regras são aplicadas uma a uma até que as três primeiras regras sejam cumpridas. Estas regras serão agora aplicadas para identificar se as reações de formação do dióxido de enxofre e do carbonato de cálcio são reações redox. De acordo com a regra número 1, elementos no estado livre têm um número de oxidação de zero, por isso o enxofre elementar e o oxigénio são submetidos à oxidação número zero.

De acordo com a regra número 3, a soma dos números de oxidação num composto neutro é zero, por isso os números de oxidação do enxofre e do oxigénio em SO_2 devem somar zero. De acordo com a regra número 6, o número de oxidação de cada oxigénio é menos dois em SO_2. Dois átomos de oxigénio somam menos quatro.

O número de oxidação do enxofre é, portanto, mais quatro. O número de oxidação do enxofre aumenta de zero para mais quatro, por isso é oxidado, enquanto o número de oxidação do oxigénio diminui de zero para menos dois, por isso, é reduzido. Assim, esta é uma reação redox.

No caso do carbonato de cálcio, o número de oxidação do oxigénio é de menos dois nos três compostos, e do cálcio é de mais dois em óxido de cálcio e carbonato de cálcio. De acordo com a regra 3, o carbono deve ser de mais quatro em dióxido de carbono e carbonato de cálcio. Uma vez que não há alteração nos números de oxidação de oxidação dos átomos durante a reação, esta não é uma reação redox.