Número de oxidación: concepto, cómo sacarlo y ejemplos

El número de oxidación, también llamado estado de oxidación, es aquel que describe la ganancia o pérdida de electrones en un átomo, asumiendo que el compuesto del que forma parte tiene un carácter puramente iónico. Por lo tanto, cuando se habla de número de oxidación, se da por sentado que todos los átomos se encuentran como iones interaccionando electrostáticamente.

Aunque el panorama real es más complicado que tener iones por doquier, el número de oxidación es verdaderamente útil para interpretar las reacciones de óxido-reducción (redox). El cambio de estos números revela qué especies se han oxidado o perdido electrones, o si se han reducido o ganado electrones.

La carga iónica de un ion monoatómico coincide con su número de oxidación. Por ejemplo, el anión óxido, O^2-, uno de los más abundantes por hallarse en innumerables minerales, tiene número de oxidación de -2. Esto se interpreta de la siguiente manera: tiene dos electrones extras comparado al átomo de oxígeno en estado basal O.

Los números de oxidación se calculan de forma sencilla a partir de una fórmula molecular, y suelen tener mayor uso y relevancia cuando hablamos de compuestos inorgánicos abarrotados de iones. Mientras, en química orgánica no tiene la misma importancia, pues casi todos sus enlaces son en esencia covalentes.

Índice del artículo

• 1 ¿Cómo sacar el número de oxidación?
  • 1.1 Electroneutralidad
  • 1.2 Valencias
  • 1.3 Reglas generales
  • 1.4 Operaciones aritméticas
• 2 Ejemplos
  • 2.1 Oxígeno
  • 2.2 Nitrógeno
  • 2.3 Cloro
  • 2.4 Potasio
  • 2.5 Azufre
  • 2.6 Carbono
  • 2.7 Fósforo
• 3 Referencias

¿Cómo sacar el número de oxidación?

Electroneutralidad

La sumatoria de las cargas iónicas en un compuesto debe ser igual a cero para que sea neutro. Solo los iones pueden tener cargas positivas o negativas.

Por lo tanto, es de suponerse que la sumatoria de los números de oxidación también deba ser igual a cero. Teniendo esto en mente, y realizando unos cálculos aritméticos, podremos sacar o determinar el número de oxidación de un átomo en cualquier compuesto.

Valencias

Las valencias no son confiables para determinar el número de oxidación de un átomo, aunque existen varias excepciones. Por ejemplo, todos los elementos del grupo 1, los metales alcalinos, tienen valencia 1, y por ende, un número de oxidación invariable de +1. Lo mismo sucede con los metales alcalinotérreos, los del grupo 2, con un número de oxidación de +2.

Nótese que los números de oxidación positivos vienen siempre precedidos por el símbolo ‘+’: +1, +2, +3, etc. Y de igual modo los negativos: -1, -2, -3, etc.

Reglas generales

Existen algunas reglas generales que deben tomarse en cuenta al momento de determinar el número de oxidación:

-El número de oxidación para el oxígeno y azufre es -2: O^2- y S^2-

-Los elementos puros tienen número de oxidación de 0: Fe⁰, P₄⁰, S₈⁰

-El átomo de hidrógeno, dependiendo de con quién esté enlazado, tiene número de oxidación de +1 (H⁺) o -1 (H^–)

-Los halógenos, siempre que no estén enlazados con el oxígeno o flúor, tienen número de oxidación de -1: F^–, Cl^–, Br^– y I^–

-Para un ion poliatómico, como OH^–, la sumatoria de los números de oxidación no debe ser igual a cero sino a la carga del ion, que sería -1 para el OH^– (O^2-H⁺)^–

-Los metales en condiciones ordinarias tienen números de oxidación positivos

Operaciones aritméticas

Supongamos que tenemos el compuesto PbCO₃. Si identificamos al anión carbonato, CO₃^2-, el cálculo de todos los números de oxidación será sencillo. Empezamos por el mismo carbonato, sabiendo que el número de oxidación del oxígeno es -2:

(C^xO₃^2-)^2-

La sumatoria de los números de oxidación debe ser igual a -2:

x + 3(-2) = -2

x -6 = -2

x = +4

Por lo tanto, el número de oxidación del carbono es +4:

(C⁴⁺O₃^2-)^2-

El PbCO₃ se vería ahora como:

Pb^zC⁴⁺O₃^2-

Nuevamente, sumamos los números oxidación para que se igualen a cero:

z + 4 – 6 = 0

z = +2

Por lo tanto, el plomo tiene número de oxidación de +2, por lo que se asume que existe como catión Pb²⁺. Realmente, no era necesario siquiera hacer este cálculo, porque sabiendo que el carbonato tiene carga de -2, el plomo, su contraión obligatoriamente debe tener una carga de +2 para que haya electroneutralidad.

Ejemplos

A continuación se mencionarán algunos ejemplos de números de oxidación para varios elementos en distintos compuestos.

Oxígeno

Todos los óxidos metálicos tienen al oxígeno como O^2-: CaO, FeO, Cr₂O₃, BeO, Al₂O₃, PbO₂, etc. No obstante, en el anión peróxido, O₂^2-, cada átomo de oxígeno tiene un número de oxidación de -1. Asimismo, en el anión superóxido, O₂^–, cada átomo de oxígeno tiene un número de oxidación de -1/2.

Por otro lado, cuando el oxígeno se enlaza al flúor adquiere números de oxidación positivos. Por ejemplo, en el difluoruro de oxígeno, OF₂, el oxígeno tiene un número de oxidación positivo. ¿Cuál es? Sabiendo que el del flúor es de -1 tenemos:

O^xF₂^-1

x + 2(-1) = 0

x -2 = 0

x = +2

Así, el oxígeno tiene número de oxidación de +2 (O²⁺) en el OF₂ (O²⁺F₂^–).

Nitrógeno

Los principales números de oxidación del nitrógeno son -3 (N^3-H₃⁺¹), +3 (N³⁺F₃^–) y +5 (N₂⁵⁺O₅^2-).

Cloro

Uno de los principales números de oxidación del cloro es -1. Pero todo cambia cuando se combina con el oxígeno, nitrógeno o flúor, elementos más electronegativos. Cuando esto sucede, adquiere números de oxidación positivos, tales como: +1 (N^3-Cl₃⁺, Cl⁺F^–, Cl₂⁺O^2-), +2, +3 (ClO₂^–), +4, +5 (ClO₂⁺), +6 y +7 (Cl₂⁷⁺O₇^2-).

Potasio

El potasio en todos sus compuestos tiene número de oxidación de +1 (K⁺); a menos que se trate de una condición muy especial, donde puede adquirir un número de oxidación de -1 (K^–).

Azufre

El caso del azufre es parecido al del cloro: tiene número de oxidación de -2, siempre y cuando no se combine con el oxígeno, flúor, nitrógeno, o el mismo cloro. Por ejemplo, sus otros números de oxidación son: -1, +1 (S₂⁺¹Cl₂^–), +2 (S²⁺Cl₂^–), +3 (S₂O₄^2-), +4 (S⁴⁺O₂^2-), +5 y +6 (S⁶⁺O₃^2-).

Carbono

Los principales estados de oxidación del carbono son -4 (C^4-H₄⁺) y +4 (C⁴⁺O₂^2-). Es aquí donde comenzamos a ver la falla de este concepto. Ni en el metano, CH₄, y tampoco en el dióxido de carbono, CO₂, tenemos al carbono como iones C^4- o C⁴⁺, respectivamente, sino formando enlaces covalentes.

Otros números de oxidación para el carbono, como el -3, -2, -1 y 0, los encontramos en las fórmulas moleculares de algunos compuestos orgánicos. Sin embargo, y nuevamente, no tiene mucha validez asumir cargas iónicas en el átomo de carbono.

Fósforo

Y por último, los principales números de oxidación del fósforo son -3 (Ca₃²⁺P₂^3-), +3 (H₃⁺P³⁺O₃^2-), y +5 (P₂⁵⁺O₅^2-).

Referencias

1. Shiver & Atkins. (2008). Química Inorgánica. (Cuarta edición). Mc Graw Hill.
2. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Química. (8va ed.). CENGAGE Learning.
3. Clark J. (2018). Oxidation States (Oxidation Numbers). Recuperado de: chemguide.co.uk
4. Wikipedia. (2020). Oxidation state. Recuperado de: en.wikipedia.org
5. Dr. Kristy M. Bailey. (s.f.). Assigning Oxidation Numbers. Recuperado de: occc.edu