Número de Oxidación: significado, reglas y ejemplos

¿Qué es un número de oxidación?

Al determinar cómo ocurrirá una reacción o al nombrar compuestos, el número de oxidación es importante. ¿Qué es un número de oxidación? Una definición de número de oxidación es un número asignado a un compuesto o elemento para mostrar cuántos electrones se perdieron o ganaron. Un número negativo muestra que se ganaron electrones, mientras que un número positivo muestra que se perdieron electrones. Un número negativo se utiliza para ganar electrones porque los electrones tienen una carga negativa, por lo que más electrones harán que el compuesto sea más negativo. Si se perdieron electrones, entonces el resultado general será más positivo, por lo que el número de oxidación es positivo.

Un número de oxidación de cero significa que el compuesto o elemento está en un estado neutro. Para que un compuesto reaccione con otros compuestos, necesita compartir electrones. Los números de oxidación se pueden asignar a un elemento, a una parte particular de un compuesto o a un compuesto completo. Para un compuesto completo, el número de oxidación es cero siempre que no tenga carga iónica.

Ejemplos de cómo calcular el número de oxidación

El número de oxidación de iones, elementos y compuestos se puede determinar mediante las reglas del número de oxidación. Los ejemplos de números de oxidación que aparecen a continuación muestran cómo hallar el número de oxidación de varias especies.

Compuestos monoatómicos

En los elementos monoatómicos es fácil determinar el número de oxidación porque es igual a la carga observada en el elemento.

• {eq}LI^+ {/eq}: el número de oxidación es +1
• {eq}Ba^{2+} {/eq}: el número de oxidación es +2
• {eq}Fe {/eq}: el número de oxidación es 0
• {eq}N_2 {/eq}: el número de oxidación es 0 (aunque el nitrógeno está unido a otro nitrógeno, esta es la especie libre del elemento nitrógeno)
• {eq}Cl^- {/eq}: el número de oxidación es -1

Compuestos iónicos binarios

El número de oxidación de cada elemento en un compuesto iónico binario es igual a la carga de ese elemento. La carga se puede encontrar consultando la tabla periódica y se basa en el grupo en el que se encuentra el elemento:

• Elementos del grupo 1: +1 carga
• 
  Elementos del grupo 2: carga +2
• Elementos del grupo 13: carga +3
• Elementos del grupo 14: carga +4
• Elementos del grupo 15: carga -3
• Elementos del grupo 16: -2 carga
• Elementos del grupo 17 (halógeno): carga -1
• Elementos del grupo 18 (gases nobles): carga 0 (normalmente no reaccionan)

Los metales de transición varían en la carga que poseen. Muchas de estas cargas deben memorizarse para poder saber cuál es la carga que poseen.

El número de oxidación de los siguientes compuestos iónicos se puede determinar en función de las cargas:

• {eq}NaCl {/eq}: el sodio está en el grupo 1 con un número de oxidación de +1, y el cloro está en el grupo 17 con un número de oxidación de -1
• {eq}CaI_2 {/eq}: el calcio está en el grupo 2, con un número de oxidación de +2, el yodo está en el grupo 17, con un número de oxidación de -1, pero hay dos de ellos, por lo que hay un número de oxidación de -2
• {eq}Ca_3P_2 {/eq}: el calcio está en el grupo 2, con un número de oxidación de +2, hay 3 de ellos, por lo que el número de oxidación total es +6. El fósforo está en el grupo 16, con un número de oxidación de +3, hay 2 de ellos, por lo que el número de oxidación total es -6.
• {eq}FeCl_3 {/eq}: el cloro está en el grupo 17, con una carga de oxidación de -1, hay tres de ellos, por lo que el número de oxidación total es -3. El hierro es un metal de transición y la carga puede variar, en este caso, se puede determinar porque la carga total del compuesto debe ser 0 ya que el número de oxidación del cloro es -3, el número de oxidación del hierro debe ser +3.

Moléculas covalentes

Para encontrar el número de oxidación de las moléculas covalentes es importante recordar que el número de oxidación total de un compuesto covalente sin carga es igual a 0. Comience con los elementos con reglas específicas y trabaje a partir de allí, asegurándose de que la carga total sea igual a 0. Comience con cualquier elemento que tenga reglas específicas, incluidos:

• Oxígeno
• Hidrógeno
• Halógenos
• Elementos del grupo IA
• Elementos del grupo IIA

Asegúrese de tener en cuenta las excepciones importantes a cada una de las reglas:

• El oxígeno puede no tener un número de oxidación de -2 cuando está unido a otro átomo de oxígeno o flúor.
• El cloro puede no tener un número de oxidación -1 cuando está unido al flúor o al oxígeno.
• El bromo puede no tener un número de oxidación de -1 cuando está unido a flúor, cloro u oxígeno.
• El yodo puede no tener un número de oxidación -1 cuando está unido a flúor, cloro, bromo u oxígeno.
• El azufre a menudo tiene un número de oxidación de -2, excepto cuando está unido a flúor, cloro, bromo u oxígeno.

En términos generales, el número de oxidación es igual a la carga del átomo (al igual que en el caso de los compuestos iónicos), a menos que esté unido a algo más electronegativo, en cuyo caso el número de oxidación puede cambiar. La electronegatividad se refiere a la fuerza con la que un elemento retiene los electrones; en términos generales, los compuestos que se encuentran más a la derecha y más arriba en la tabla periódica son más electronegativos.

El número de oxidación de los elementos en {eq}C_4H_{10}O {/eq} se puede determinar:

• Hidrógeno: el número de oxidación del hidrógeno es +1, multiplicado por 10, el número de oxidación total es +10
• Oxígeno: el número de oxidación del oxígeno es -2
• Carbono: la suma de los números de oxidación del hidrógeno y el oxígeno es +8, para que la carga total sea 0, el número de oxidación del carbono debe ser -8 (-2 por átomo de carbono)

Los números de oxidación de los elementos del amoniaco, {eq}NH_3 {/eq}, son:

• Hidrógeno: +1 en cada átomo de hidrógeno, para un total de +3
• Nitrógeno: para que la carga total sea 0, el nitrógeno debe tener un número de oxidación de -3

Los números de oxidación de los elementos del ácido hiperfluoroso (HFO) son:

• Flúor: número de oxidación -1
• Hidrógeno: número de oxidación +1
• Oxígeno: la oxidación total debe ser igual a 0, los números de oxidación del flúor y del hidrógeno suman 0, esto significa que el número de oxidación del oxígeno es 0

Tenga en cuenta que dado que el oxígeno está unido al flúor (un átomo más electronegativo), no sigue su regla normal de tener un número de oxidación de -2.

Compuestos iónicos poliatómicos

Los compuestos iónicos poliatómicos consisten en un compuesto que está unido covalentemente pero tiene una carga distinta de cero, que luego se une iónicamente a otro compuesto de un elemento. Encuentra los números de oxidación de cada elemento combinado hallando el número de oxidación de compuestos iónicos binarios y compuestos covalentes. Para el compuesto sulfato de calcio, {eq}CaSO_4 {/eq}, primero observa que el enlace iónico ocurre entre el elemento calcio y el compuesto sulfato. El calcio tiene una carga de +2 (está en el Grupo 2). El sulfato tiene una carga total de -2. Esto significa que en lugar de sumar los números de oxidación totales hasta 0 en el compuesto de sulfato, deben sumar -2.

• El número de oxidación del calcio es +2
• El número de oxidación del oxígeno es -2, multiplicado por 4, lo que da un total de -8.
• El número de oxidación del azufre debe ser +6 para que la carga total sea -2

Resumen de la lección

El número de oxidación es un número asignado a cada elemento de un compuesto para indicar cuántos electrones se perdieron o ganaron. Un número negativo indica que se ganaron electrones, un número positivo indica que se perdieron electrones. Las reglas importantes para hallar el número de oxidación son:

• El número de oxidación de un elemento libre y neutro es cero.
• El número de oxidación de un ion monoatómico es igual a la carga del ion.
• El número de oxidación de los elementos del grupo IA es siempre +1
• El número de oxidación de los elementos del Grupo IIA es siempre +2
• El número de oxidación del oxígeno es típicamente -2
• El número de oxidación del hidrógeno suele ser +1.
• El número de oxidación del flúor es siempre -1
• El número de oxidación de otros halógenos (distintos del flúor) suele ser -1, pero puede variar.
• El número de oxidación total de un compuesto neutro es cero.
• El número de oxidación total de los elementos en un ion poliatómico sumará la carga del ion poliatómico.

Los grupos a los que pertenecen los elementos se pueden encontrar consultando la tabla periódica. Las excepciones importantes a estas reglas son cuando un elemento está unido a otro elemento que es más electronegativo o que retiene los electrones con más fuerza que él mismo, lo que puede cambiar el número de oxidación del elemento menos electronegativo. Dado que el flúor es el elemento más electronegativo, siempre tiene un número de oxidación de +1 (a menos que esté en su forma libre, neutra, en cuyo caso es igual a 0).