REACCIONES DE OXIDACIÓN – REDUCCIÓN PARTE 1: Nº DE ...
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UNIDAD DIDÁCTICA 8: REDOX (1ª PARTE) APARTADO 2 - NÚMERO DE OXIDACIÓN QUÍMICA. 2º BACHILLERATO. PROFESOR: CARLOS M. ARTEAGA 1 QUÍMICA. 2º DE BACHILLERATO PROFESOR: CARLOS MARTÍN ARTEAGA UNIDAD DIDÁCTICA 8 REACCIONES DE OXIDACIÓN – REDUCCIÓN PARTE 1: Nº DE OXIDACIÓN. AJUSTE Y ESTEQUIOMETRÍA DE LAS REACCIONES REDOX 2.- NÚMERO DE OXIDACIÓN ESTUDIA / APRENDE El concepto de Nº de Oxidación. El cálculo del Nº de Oxidación de cada elemento que participa en una sustancia (aplicación de las reglas de asignación del Nº de Oxidación). Los números de oxidación con que puede actuar cada elemento químico sintetiza los conceptos de electrovalencia, covalencia y electronegatividad, y es de gran utilidad a la hora de formular compuestos poliatómicos. El NÚMERO DE OXIDACIÓN se define como la carga que un átomo tendría si los electrones de cada uno de los enlaces que forma perteneciesen exclusivamente al átomo más electronegativo. Vamos a ver el ejemplo del bromuro de hidrógeno. En la molécula de HBr los átomos de bromo e hidrógeno están unidos por un enlace covalente H–Br. Suponiendo que el par de electrones de dicho enlace pertenece únicamente al átomo de bromo, que es el más electronegativo de los dos, el átomo de hidrógeno tendría una carga +1 y el de bromo –1. Por tanto, en el HBr, el número de oxidación del H = +1 y el número de oxidación del Br = –1. Desde luego, los electrones de un enlace covalente pertenecen (aunque en distinta medida) a los dos átomos enlazados. Sin embargo, a la hora de asignar el número de oxidación a un átomo, se considera que los electrones de cada enlace pertenecen sólo al átomo más electronegativo (como si todos los enlaces fuesen iónicos). El número de oxidación asignado a un átomo en un compuesto no corresponde, pues, a la carga que realmente tiene ese átomo, excepto en compuestos iónicos puros, donde los átomos se encuentran realmente en forma de iones. El número de oxidación con el que actúa un elemento químico en una especie química es un número entero, positivo o negativo, que se calcula de la siguiente manera: En los iones monoatómicos: Coincide con la carga eléctrica del ion, es decir con la electrovalencia del elemento químico. EJEMPLOS CaS El sulfuro de calcio (CaS) es la combinación de azufre y calcio. El calcio tiene electrovalencia +2. El número de oxidación es +2. El azufre tiene electrovalencia –2. El número de oxidación es –2. PbCl2 El dicloruro de plomo es una de las combinaciones posibles de cloro y plomo. En este caso el plomo tiene electrovalencia +2. El número de oxidación es +2. El cloro tiene siempre electrovalencia –1. El número de oxidación es –1.
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UNIDAD DIDÁCTICA 8: REDOX (1ª PARTE)
APARTADO 2 - NÚMERO DE OXIDACIÓN
QUÍMICA. 2º BACHILLERATO. PROFESOR: CARLOS M. ARTEAGA
1
QUÍMICA. 2º DE BACHILLERATO
PROFESOR: CARLOS MARTÍN ARTEAGA
UNIDAD DIDÁCTICA 8
REACCIONES DE OXIDACIÓN – REDUCCIÓN
PARTE 1: Nº DE OXIDACIÓN. AJUSTE Y ESTEQUIOMETRÍA DE LAS REACCIONES REDOX
2.- NÚMERO DE OXIDACIÓN
ESTUDIA / APRENDE
El concepto de Nº de Oxidación.
El cálculo del Nº de Oxidación de cada elemento que participa en una sustancia (aplicación
de las reglas de asignación del Nº de Oxidación).
Los números de oxidación con que puede actuar cada elemento químico sintetiza los conceptos de electrovalencia, covalencia y electronegatividad, y es de gran utilidad a la hora de formular compuestos poliatómicos.
El NÚMERO DE OXIDACIÓN se define como la carga que un átomo tendría si los electrones de cada uno de los enlaces que forma perteneciesen exclusivamente al átomo más electronegativo.
Vamos a ver el ejemplo del bromuro de hidrógeno. En la molécula de HBr los átomos de bromo e hidrógeno están unidos por un enlace covalente H–Br. Suponiendo que el par de electrones de dicho enlace pertenece únicamente al átomo de bromo, que es el más electronegativo de los dos, el átomo de hidrógeno tendría una carga +1 y el de bromo –1. Por tanto, en el HBr, el número de oxidación del H = +1 y el número de oxidación del Br = –1.
Desde luego, los electrones de un enlace covalente pertenecen (aunque en distinta medida) a los dos átomos enlazados. Sin embargo, a la hora de asignar el número de oxidación a un átomo, se considera que los electrones de cada enlace pertenecen sólo al átomo más electronegativo (como si todos los enlaces fuesen iónicos). El número de oxidación asignado a un átomo en un compuesto no corresponde, pues, a la carga que realmente tiene ese átomo, excepto en compuestos iónicos puros, donde los átomos se encuentran realmente en forma de iones.
El número de oxidación con el que actúa un elemento químico en una especie química es un número entero, positivo o negativo, que se calcula de la siguiente manera:
En los iones monoatómicos:
Coincide con la carga eléctrica del ion, es decir con la electrovalencia del elemento químico.
EJEMPLOS
CaS
El sulfuro de calcio (CaS) es la combinación de azufre y calcio.
El calcio tiene electrovalencia +2. El número de oxidación es +2.
El azufre tiene electrovalencia –2. El número de oxidación es –2.
PbCl2
El dicloruro de plomo es una de las combinaciones posibles de cloro y plomo.
En este caso el plomo tiene electrovalencia +2. El número de oxidación es +2.
El cloro tiene siempre electrovalencia –1. El número de oxidación es –1.
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PbCl4
El tetracloruro de plomo es la otra de las combinaciones posibles de cloro y plomo.
En este caso el plomo tiene electrovalencia +4. El número de oxidación es +4.
El cloro tiene siempre electrovalencia –1. El número de oxidación es –1.
FeO
El monóxido de hierro es una de las combinaciones posibles de oxígeno y hierro.
El hierro tiene electrovalencia +2. El número de oxidación es +2.
El oxígeno tiene electrovalencia –2. El número de oxidación es –2.
Fe2O3
El trióxido de dihierro es la otra de las combinaciones posibles de oxígeno y hierro.
El hierro tiene electrovalencia +3. El número de oxidación es +3.
El oxígeno tiene electrovalencia –2. El número de oxidación es –2.
En los compuestos covalentes:
Cuando dos elementos se unen por enlace covalente, para calcular el número de oxidación atribuimos los electrones compartidos al elemento más electronegativo.
Cada par de electrones implica por tanto una carga negativa ficticia para el elemento más electronegativo y una carga positiva ficticia para el menos electronegativo.
Una vez que en una molécula tenemos vistos todos los enlaces, el número de oxidación de cada elemento lo calculamos sumando todas las cargas ficticias que ha acumulado el elemento químico de esta forma.
EJEMPLOS
CO2
El dióxido de carbono es una de las combinaciones posibles de oxígeno y carbono.
El oxígeno es más electronegativo que el carbono, por lo que en todos los electrones compartidos (dos pares de electrones en cada enlace) consideramos de forma ficticia que la carga la tiene por completo el oxígeno. Como se trata de dos dobles enlaces consideramos a cada átomo de oxígeno con una carga –2. Y al átomo de carbono con una carga +4. Estos valores son los números de oxidación.
El oxígeno actúa con covalencia 2. El número de oxidación es –2.
El carbono actúa con covalencia 4. El número de oxidación es +4.
CO
El monóxido de carbono es la otra de las combinaciones posibles de oxígeno y carbono.
Como vimos en el ejemplo anterior el oxígeno es más electronegativo que el carbono. Consideramos de forma ficticia que la carga de los electrones compartidos la tiene por completo el oxígeno. Como se trata de un doble enlace consideramos al átomo de oxígeno con una carga igual a –2. Y al átomo de carbono con una carga +2. Estos valores son los números de oxidación.
El oxígeno actúa con covalencia 2. El número de oxidación es –2.
El carbono actúa con covalencia 2. El número de oxidación es +2.
CCl4
El tetracloruro de carbono es la combinación de cloro y carbono.
El cloro es más electronegativo que el carbono, por lo que en todos los electrones compartidos (un par de electrones en cada enlace) consideramos de forma ficticia que la carga la tiene por completo el cloro. Como se trata de enlaces sencillos consideramos a cada átomo de cloro con una carga –1. Y al átomo de carbono con una carga +4. Estos valores son los números de oxidación.
El cloro actúa con covalencia 1. El número de oxidación es –1.
El carbono actúa con covalencia 4. El número de oxidación es +4.
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Para que puedas calcular los números de oxidación de los átomos de una sustancia de forma sencilla recuerda siempre las siguientes reglas:
REGLAS ÚTILES PARA CALCULAR LOS NÚMEROS DE OXIDACIÓN
El número de oxidación de los átomos de las sustancias simples (dos o más átomos del mismo elemento químico) es siempre 0.
El hierro (Fe), el cobre (Cu), el nitrógeno (N2) o el oxígeno (O2) tienen número de oxidación 0 cuando están como elementos químicos.
EJEMPLOS: Na, Al, H2, O2. Nox = 0
El número de oxidación de cualquier ion monoatómico es igual a su carga eléctrica.
Los metales en los compuestos iónicos están en forma de catión: su número de oxidación coincide con su electrovalencia (la carga eléctrica del catión). Así los alcalinos tienen siempre número de oxidación +1 y los alcalino-térreos +2.
Los no metales, en los compuestos iónicos binarios están en forma de anión: su número de oxidación coincide con su electrovalencia (la carga eléctrica del anión).
EJEMPLOS: Ion Br– Nox = –1. Ion K+ Nox = +1
El número de oxidación del flúor es siempre –1.
El flúor tiene electrovalencia –1 y covalencia 1. Además es el elemento más electronegativo, de ahí que su número de oxidación sea –1.
El número de oxidación del oxígeno es –2, excepto en sus compuestos con el flúor que es +2, y en los peróxidos que es –1.
El oxígeno tiene electrovalencia –2 y covalencia 2. Además es, después del flúor, el elemento más electronegativo, de ahí que su número de oxidación sea –2, excepto cuando se combina con el flúor que es +2. La particularidad de los peróxidos la veremos al estudiar esa especie química.
EJEMPLOS: CaO Nox(O) = –2. H2SO4 Nox(O) = –2. H2O2 Nox(O) = –1
El hidrógeno presenta número de oxidación –1 cuando se combina con los metales.
El hidrógeno es un no metal con electrovalencia –1. De ahí que con los metales tenga número de oxidación –1.
EJEMPLOS: NaH Nox(H) = –1
El hidrógeno presenta número de oxidación +1 cuando se combina con los no metales.
La covalencia del hidrógeno es 1, y es el no metal menos electronegativo, por lo que su carga ficticia en un enlace covalente es siempre +1. De ahí su número de oxidación en los compuestos no metálicos.
EJEMPLOS: H2O Nox(H) = +1. HCl Nox(H) = +1.
Los no metales al combinarse con el oxígeno pueden actuar con todas sus covalencias posibles y en cada caso su número de oxidación es la covalencia con el signo positivo, excepto con el flúor que es –1.
Como hemos visto el oxígeno es, después del flúor, el elemento más electronegativo; por lo que al combinarse con cualquier no metal, excepto el flúor, la carga negativa ficticia la tiene el oxígeno y la positiva el otro no metal.
EJEMPLOS:
O3Br2 Nox (Br) = +3
Na2SO4 Nox(S) = +6
HNO3 Nox(N) = +5
OCl2 Nox (Cl) = +1
O5Cl2 Nox (Cl) = +5
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La suma de todos los números de oxidación de una especie química neutra es siempre cero y en un ion debe ser igual a la carga del mismo. .
Si la especie química es neutra, la carga total (sea real, como ocurre con los compuestos iónicos, o ficticia, como ocurre con las sustancias covalentes) es cero. De ahí que la suma de los números de oxidación sea cero.
En el Fe2O3 que vimos antes, el número de oxidación del hierro es +3, como hay dos átomos de hierro suman +6; el número de oxidación del oxígeno es –2, como hay tres átomos de oxígeno suman –6. La suma de sus números de oxidación es 0.
En el CO2, el número de oxidación del carbono es +4; el número de oxidación del oxígeno es –2, como hay dos átomos de oxígeno suman –4. La suma de sus números de oxidación es 0.
En el caso del
CF4 Nox(C) + 4Nox(F) = 0 Nox (C) = +4 y Nox (F) = –1
En el caso de un ion la suma de los números de oxidación tiene que ser igual a su carga.
Por ejemplo en el ion nitrato que tiene carga –1 la suma total de los números de oxidación es –1:
NO3— Nox(N) + 3 Nox(O) = –1 Nox (N) = +5 y Nox (O) = –2
ACTIVIDADES RESUELTAS:
Halla los números de oxidación de los elementos químicos presentes en el ion dicromato.
El ion dicromato es Cr2O72–
El nº de oxidación del oxígeno es –2. Para calcular el nº de oxidación del cromo hay que tener presente que el ion tiene una carga igual a –2.
Por tanto: –2 = 7 (–2) + 2 n(Cr) n(Cr) = +6 (Observa que coincide con la electrovalencia del cromo al formar el ácido dicrómico)
Determina los números de oxidación de todos los elementos químicos presentes en las siguientes sustancias: ácido sulfúrico, ácido nítrico, ácido fosfórico, ácido hipocloroso, cloruro de calcio, sulfato de hierro(III), yoduro de plata, trióxido de azufre, ion sulfito, ion cromato, ion perclorato, ion nitrito.
Ácido sulfúrico: H2SO4
El número de oxidación del oxígeno es –2 y el del hidrógeno +1, por tanto:
0 = 2 · 1 + 4 · (–2) + Nox (S) Nox (S) = +6
Ácido nítrico: HNO3
El número de oxidación del oxígeno es –2 y el del hidrógeno +1, por tanto:
0 = 2 · 1 + 3 · (–2) + Nox (N) Nox (N) = +5
Ácido fosfórico: H3PO4
El número de oxidación del oxígeno es –2 y el del hidrógeno +1, por tanto:
0 = 3 · 1 + 4 · (–2) + Nox (P) Nox (P) = +5
Ácido hipocloroso: HClO
El número de oxidación del oxígeno es –2 y el del hidrógeno +1, por tanto:
0 = 1 · 1 + 1 · (–2) + Nox(Cl) Nox (Cl) = +1
Cloruro de calcio: CaCl2
El número de oxidación del calcio es +2, por tanto el del cloro es –1.
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Sulfato de hierro (III): Fe2(SO4)3
El número de oxidación del oxígeno es –2 y el del hierro +3, por tanto:
0 = 2 · 3 + 12 · (–2) + 3 · Nox (S) Nox (S) = +6
Yoduro de plata: AgI
El número de oxidación de la plata es +1, por tanto el del yodo es —1.
Trióxido de azufre: SO3
El número de oxidación del oxígeno es –2, por tanto el del azufre es +6.
Ion sulfito: SO32–
El número de oxidación del oxígeno es –2, por tanto:
–2 = 3 · (–2) + Nox (S) Nox (S) = +4
Ion cromato: CrO42–
El número de oxidación del oxígeno es –2, por tanto:
–2 = 4 · (–2) + Nox(Cr) Nox (Cr) = +6
Ion perclorato: CIO4–
El número de oxidación del oxígeno es –2, por tanto:
–1 = 4 · (–2) + Nox(Cl) Nox (Cl) = +7
Ion nitrito: NO2–
El número de oxidación del oxígeno es –2, por tanto:
–1 = 2 · (–2) + Nox (N) Nox (N) = +3
Hallar el número de oxidación de todos los átomos de las siguientes especies neutras:
a) SO3 ; b) NaHCO3 ; c) K3PO4 ; d) HClO4
a) SO2
El número de oxidación del oxígeno es –2, por tanto el del azufre es +4.
b) NaHCO3
El número de oxidación del oxígeno es –2, el del hidrógeno +1 y el del sodio +1, el, por tanto:
0 = 1 · 1 + 1 · 1 + 3 · (–2) + Nox(C) Nox (C) = +4
c) K3PO4
El número de oxidación del oxígeno es –2 y el del potasio +1, por tanto:
0 = 3 · 1 + 4 · (–2) + Nox (P) Nox (P) = +5
d) HClO4
El número de oxidación del oxígeno es –2 y el del hidrógeno +1, por tanto:
0 = 1 · 1 + 4 · (–2) + Nox(Cl) Nox (Cl) = +7
Hallar el número de oxidación de todos los átomos de los iones poliatómicos:
a) HAsO42— b) HCO3
– c) Pb(OH)+ d) MnO4–
a) HAsO42—
El número de oxidación del oxígeno es –2 y el del hidrógeno +1, por tanto:
–2 = 1 ·1 + 4 · (–2) + Nox (As) –2 = –7 + Nox (As) Nox (As) = +5
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b) HCO3–
El número de oxidación del oxígeno es –2 y el del hidrógeno +1, por tanto:
–1 = 1 ·1 + 3 · (–2) + Nox (C) –1 = –5 + Nox (C) Nox (C) = +4
c) Pb(OH)+
El número de oxidación del oxígeno es –2 y el del hidrógeno +1, por tanto:
+1 = 1 ·1 + 1 · (–2) + Nox (Pb) +1 = –1 + Nox (Pb) Nox (Pb) = +2
c) MnO4–
El número de oxidación del oxígeno es –2, por tanto:
–1 = 4 · (–2) + Nox (Mn) –1 = –8 + Nox (Mn) Nox (Mn) = +7
CONTESTA Y REPASA
Halla el número de oxidación de todos los átomos de las siguientes especies químicas: a) HNO3; b) ZnS; c) S; d) SO4
2–
Calcular el número de oxidación de cada elemento en los compuestos: LiAlH4 y Na2SnO2.
