22.6: Asignación de Números de Oxidación

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Pasando de estudiar el elemento hierro a compuestos de hierro, necesitamos poder designar claramente la forma del ion hierro. Un ejemplo de esto es el hierro que se ha oxidado para formar óxido de hierro durante el proceso de oxidación. Si bien Antoine Lavoisier inició por primera vez la idea de la oxidación como concepto, fue Wendell Latimer (1893-1955) quien nos dio el concepto moderno de números de oxidación. Su libro de 1938 Los estados de oxidación de los elementos y sus potenciales en solución acuosa presentó el concepto en detalle. Latimer fue un conocido químico que más tarde se convirtió en miembro de la Academia Nacional de Ciencias. No está mal para un caballero que comenzó la universidad planeando ser abogado.

Asignación de números de oxidación

El número de oxidación es un número positivo o negativo que se asigna a un átomo para indicar su grado de oxidación o reducción. En los procesos de oxidación-reducción, la fuerza impulsora del cambio químico está en el intercambio de electrones entre especies químicas. Se han desarrollado una serie de reglas para determinar los números de oxidación:

Para los elementos libres (estado no combinado), cada átomo tiene un número de oxidación de cero. \(\ce{H_2}\),\(\ce{Br_2}\),\(\ce{Na}\),\(\ce{Be}\),,\(\ce{K}\),\(\ce{O_2}\),\(\ce{P_4}\), todos tienen un número de oxidación de 0.
Los iones monatómicos tienen números de oxidación iguales a su carga. \(\ce{Li^+} = +1\),\(\ce{Ba^{2+}} = +2\),\(\ce{Fe^{3+}} = +3\),\(\ce{I^-} = -1\),\(\ce{O^{2-}} = -2\), etc. números de oxidación de metales alcalinos\(= +1\). Números de oxidación alcalinotérrea\(= +2\). Aluminio\(= +3\) en todos sus compuestos. El número de oxidación del oxígeno\(= -2\) excepto cuando está en peróxido de hidrógeno\(\left( \ce{H_2O_2} \right)\), o un ion peróxido\(\left( \ce{O_2^{2-}} \right)\) donde está\(-1\).
El número de oxidación del hidrógeno es\(+1\), excepto cuando se une a metales como los compuestos binarios formadores de iones hidruro. En\(\ce{LiH}\),\(\ce{NaH}\), y\(\ce{CaH_2}\), el número de oxidación es\(-1\).
El flúor tiene un número de oxidación de\(-1\) en todos sus compuestos.
Los halógenos (\(\ce{Cl}\),\(\ce{Br}\),\(\ce{I}\)) tienen números de oxidación negativos cuando forman compuestos de haluro. Cuando se combinan con oxígeno, tienen números positivos. En el ion clorato\(\left( \ce{ClO_3^-} \right)\), el número de oxidación de\(\ce{Cl}\) es\(+5\), y el número de oxidación de\(\ce{O}\) es\(-2\).
En un átomo o molécula neutra, la suma de los números de oxidación debe ser 0. En un ion poliatómico, la suma de los números de oxidación de todos los átomos en el ion debe ser igual a la carga en el ion.

Ejemplo\(\PageIndex{1}\)

¿Cuál es el número de oxidación del manganeso en el permanganato de potasio compuesto\(\left( \ce{KMnO_4} \right)\)?

Solución

El número de oxidación para\(\ce{K}\) es\(+1\) (regla 2).

El número de oxidación para\(\ce{O}\) es\(-2\) (regla 2).

Dado que este es un compuesto (no hay carga indicada en la molécula), la carga neta en la molécula es cero (regla 6).

Así que tenemos:

\[\begin{align*} +1 + \ce{Mn} + 4 \left( -2 \right) &= 0 \\ \ce{Mn} - 7 &= 0 \\ \ce{Mn} &= +7 \end{align*}\nonumber \]

Cuando se trata de números de oxidación, siempre debemos incluir la carga en el átomo.

Otra forma de determinar el número de oxidación de\(\ce{Mn}\) en este compuesto es recordar que el anión permanganato\(\left( \ce{MnO_4^-} \right)\) tiene una carga de\(-1\). En este caso:

\[\begin{align*} \ce{Mn} + 4 \left( -2 \right) &= -1 \\ \ce{Mn} - 8 &= -1 \\ \ce{Mn} &= +7 \end{align*}\nonumber \]

Ejemplo\(\PageIndex{2}\)

¿Cuál es el número de oxidación del hierro en\(\ce{Fe_2O_3}\)?

Solución

\[\begin{align*} &\ce{O} \: \text{is} \: -2 \: \left( \text{rule 2} \right) \\ &2 \ce{Fe} + 3 \left( -2 \right) = 0 \\ &2 \ce{Fe} = 6 \\ &\ce{Fe} = 3 \end{align*}\nonumber \]

Si tenemos el compuesto\(\ce{FeO}\), entonces\(\ce{Fe} + \left( -2 \right) = 0\) y\(\ce{Fe} = 2\). El hierro es uno de esos materiales que pueden tener más de un número de oxidación.

Los halógenos (a excepción del flúor) también pueden tener más de un número. En el recinto\(\ce{NaCl}\), sabemos que\(\ce{Na}\) es\(+1\), así\(\ce{Cl}\) debe ser\(-1\). Pero, ¿y\(\ce{Cl}\) en\(\ce{NaClO_3}\)?

\[\begin{align*} \ce{Na} &= 1 \\ \ce{O} &= -2 \\ 1 + \ce{Cl} + 3 \left( -2 \right) &= 0 \\ 1 + \ce{Cl} - 6 &= 0 \\ \ce{Cl} - 5 &= 0 \\ \ce{Cl} &= +5 \end{align*}\nonumber \]

No exactamente lo que esperábamos, pero\(\ce{Cl}\),\(\ce{Br}\), y\(\ce{I}\) exhibirá múltiples números de oxidación en los compuestos.

Resumen

El número de oxidación es un número positivo o negativo que se asigna a un átomo para indicar su grado de oxidación o reducción.
En los procesos de oxidación-reducción, la fuerza impulsora del cambio químico está en el intercambio de electrones entre especies químicas.
Se listan seis reglas para determinar los números de oxidación.
Se proporcionan ejemplos de determinaciones del número de oxidación.