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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…
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.
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Q1: What is an oxidation number and how does it relate to electron transfer?
An oxidation number is a hypothetical charge assigned to an atom in a compound that represents the effective charge if shared electrons in heteronuclear bonds were completely transferred to the more electronegative atom. Oxidation numbers track electron movement in oxidation reduction reactions electron transfer reactions, helping identify which atoms are oxidized or reduced during chemical reactions.
Q2: How do you assign oxidation numbers to elements in their free state?
According to the first rule for assigning oxidation numbers, all free elements have an oxidation number of zero, regardless of whether they are monoatomic, diatomic, or polyatomic. This applies to elemental forms like O₂, S₈, or individual atoms before they form compounds.
Q3: What are the key differences between oxidation numbers in ionic and covalent compounds?
In ionic compounds, oxidation numbers are assigned based on the number of electrons transferred between reacting species. In covalent compounds, electrons are shared rather than transferred, so oxidation numbers are assigned hypothetically by assuming complete transfer to the more electronegative atom. Both allow identification of redox reactions.
Q4: Why is oxygen typically assigned an oxidation number of −2?
Oxygen has an oxidation number of −2 in most compounds because it is highly electronegative and typically gains two electrons when bonding. The exception is in peroxides, where oxygen has an oxidation number of −1 due to the O-O bond structure.
Q5: How can you determine if a reaction is a redox reaction using oxidation numbers?
A reaction is a redox reaction if the oxidation numbers of atoms change during the reaction. If oxidation numbers remain unchanged, it is not a redox reaction. For example, in the formation of SO₂, sulfur's oxidation number increases from zero to +4 while oxygen decreases from zero to −2, indicating electron transfer and confirming it as a redox reaction.
Q6: What is the relationship between oxidation numbers and the charge of polyatomic ions?
For polyatomic ions, the sum of oxidation numbers equals the charge on the ion. For neutral compounds, the sum of oxidation numbers equals zero. This rule helps determine unknown oxidation numbers when other atoms' oxidation states are known in complex compounds.
Q7: How does electronegativity influence the assignment of oxidation numbers in covalent bonds?
In covalent bonds, the more electronegative atom is assigned the electrons in the bond when calculating oxidation numbers. For example, in hydrogen chloride, chlorine is more electronegative, so it receives hydrogen's electron, giving chlorine an oxidation number of −1 and hydrogen +1, even though the bond is covalent.