Al estudiar los enlaces químicos polares iónicos y covalentes, se familiarizó con sustancias complejas que constan de dos elementos químicos. Estas sustancias se denominan bipareadas (del latín bi - "dos") o dos elementos.
Recordemos los compuestos bpnar típicos que citamos como ejemplo para considerar los mecanismos de formación de enlaces químicos polares iónicos y covalentes: NaHl - cloruro de sodio y HCl - cloruro de hidrógeno. En el primer caso, el enlace es iónico: el átomo de sodio transfirió su electrón externo al átomo de cloro y se convirtió en un ion con carga -1. y el átomo de cloro aceptó un electrón y se convirtió en un ion con carga -1. Esquemáticamente, el proceso de conversión de átomos en iones se puede representar de la siguiente manera:
En la molécula de HCl, el enlace se forma debido al emparejamiento de electrones externos desapareados y la formación de un par de electrones común de átomos de hidrógeno y cloro.
Es más correcto imaginar la formación de un enlace covalente en una molécula de cloruro de hidrógeno como la superposición de la nube s de un electrón del átomo de hidrógeno con la nube p de un electrón del átomo de cloro:
En interacción química el par de electrones compartido se desplaza hacia el átomo de cloro más electronegativo:
Estos cargos condicionales se denominan estado de oxidación. Al definir este concepto, se supone convencionalmente que en los compuestos polares covalentes los electrones de enlace se transfieren completamente a un átomo más electronegativo y, por lo tanto, los compuestos constan únicamente de iones cargados positiva y negativamente.
es la carga condicional de los átomos de un elemento químico en un compuesto, calculada sobre la base del supuesto de que todos los compuestos (tanto iónicos como covalentemente polares) están formados únicamente por iones.
El número de oxidación puede tener valores negativos, positivos o cero, que normalmente se colocan encima del símbolo del elemento en la parte superior, por ejemplo: 
Significado negativo Los estados de oxidación son aquellos átomos que han aceptado electrones de otros átomos o a los que se les desplazan pares de electrones comunes, es decir, átomos de elementos más electronegativos. El flúor siempre tiene un estado de oxidación de -1 en todos los compuestos. El oxígeno, el segundo elemento más electronegativo después del flúor, casi siempre tiene un estado de oxidación de -2, excepto los compuestos con flúor, por ejemplo:
Se asigna un estado de oxidación positivo a aquellos átomos que donan sus electrones a otros átomos o de los que se extraen pares de electrones compartidos, es decir, átomos de elementos menos electronegativos. Los metales siempre tienen grado positivo oxidación. Metales de los principales subgrupos:
Grupo I en todos los compuestos el estado de oxidación es +1,
El grupo II es igual a +2. Grupo III - +3, por ejemplo:
En los compuestos, el estado de oxidación total es siempre cero. Conociendo esto y el estado de oxidación de uno de los elementos, siempre podrás encontrar el estado de oxidación de otro elemento utilizando la fórmula de un compuesto binario. Por ejemplo, encontremos el estado de oxidación del cloro en el compuesto Cl2O2. Denotemos el estado de oxidación -2
oxígeno: Cl2O2. Por tanto, siete átomos de oxígeno tendrán en común carga negativa(-2)7=14. Entonces la carga total de dos átomos de cloro será +14, y la de un átomo de cloro:
(+14):2 = +7.
De manera similar, conociendo los estados de oxidación de los elementos, se puede crear una fórmula para un compuesto, por ejemplo, el carburo de aluminio (un compuesto de aluminio y carbono). Anotemos los signos del aluminio y del carbono junto al AlC, con el signo del aluminio primero, ya que es un metal. Usando la tabla periódica de elementos, determinamos el número de electrones externos: Al tiene 3 electrones, C tiene 4. El átomo de aluminio cederá sus 3 electrones externos al carbono y recibirá un estado de oxidación de +3, igual a la carga de el ion. El átomo de carbono, por el contrario, llevará los 4 electrones que faltan a los “preciados ocho” y recibirá un estado de oxidación de -4.
Escribamos estos valores en la fórmula: AlC y encontremos el mínimo común múltiplo para ellos, que es igual a 12. Luego calculamos los índices:
Conocer los estados de oxidación de los elementos también es necesario para poder nombrar correctamente un compuesto químico.
Nombres de compuestos binarios. constan de dos palabras: los nombres de los elementos químicos que las forman. La primera palabra denota la parte electronegativa del compuesto: no metal; su nombre latino con el sufijo -id siempre aparece en caso nominativo. La segunda palabra denota la parte electropositiva - un metal o elemento menos electronegativo; su nombre siempre aparece en caso genitivo. Si un elemento electropositivo presenta diferentes grados oxidación, esto se refleja en el nombre, indicándose el grado de oxidación con un número romano, que se coloca al final.
a los químicos diferentes paises se entendieron, era necesario crear una terminología y una nomenclatura de sustancias unificadas. Principios nomenclatura química fueron desarrollados por primera vez por los químicos franceses A. Lavoisier, A. Fourqutois, L. Guiton y C. Berthollet en 1785. Actualmente, la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC) coordina las actividades de científicos de varios países y emite recomendaciones sobre la nomenclatura de sustancias y la terminología utilizada en química.
Al definir este concepto, se supone convencionalmente que los electrones enlazantes (de valencia) se mueven hacia átomos más electronegativos (ver Electronegatividad) y, por lo tanto, los compuestos están formados por iones cargados positiva y negativamente. El número de oxidación puede tener valores cero, negativos y positivos, que generalmente se colocan encima del símbolo del elemento en la parte superior.
Se asigna un estado de oxidación cero a los átomos de elementos en estado libre, por ejemplo: Cu, H2, N2, P4, S6. Aquellos átomos hacia los que se desplaza la nube de electrones (par de electrones) que los conecta tienen un valor de estado de oxidación negativo. Para el flúor en todos sus compuestos es igual a −1. Los átomos que donan electrones de valencia a otros átomos tienen un estado de oxidación positivo. Por ejemplo, para los metales alcalinos y alcalinotérreos es igual a +1 y +2, respectivamente. En iones simples como Cl−, S2−, K+, Cu2+, Al3+, es igual a la carga del ion. En la mayoría de los compuestos, el estado de oxidación de los átomos de hidrógeno es +1, pero en los hidruros metálicos (sus compuestos con hidrógeno) (NaH, CaH 2 y otros) es −1. El oxígeno se caracteriza por un estado de oxidación de −2, pero, por ejemplo, en combinación con flúor OF2 será +2, y en compuestos de peróxido (BaO2, etc.) −1. En algunos casos, este valor se puede expresar como una fracción: para el hierro en óxido de hierro (II, III) Fe 3 O 4 es igual a +8/3.
La suma algebraica de los estados de oxidación de los átomos en un compuesto es cero y en un ion complejo es la carga del ion. Usando esta regla, calculamos, por ejemplo, el estado de oxidación del fósforo en el ácido ortofosfórico H 3 PO 4. Denotándolo por x y multiplicando el estado de oxidación del hidrógeno (+1) y el oxígeno (−2) por el número de sus átomos en el compuesto, obtenemos la ecuación: (+1) 3+x+(−2) 4=0 , de donde x=+5 . De manera similar, calculamos el estado de oxidación del cromo en el ion Cr 2 O 7 2−: 2x+(−2) 7=−2; x=+6. En los compuestos MnO, Mn 2 O 3, MnO 2, Mn 3 O 4, K 2 MnO 4, KMnO 4, el estado de oxidación del manganeso será +2, +3, +4, +8/3, +6, +7, respectivamente.
El estado de oxidación más alto es su mayor valor positivo. Para la mayoría de los elementos es igual al número de grupo en la tabla periódica y es importante. características cuantitativas elemento en sus conexiones. Valor más bajo Al estado de oxidación de un elemento que se presenta en sus compuestos se le suele denominar estado de oxidación más bajo; todos los demás son intermedios. Entonces, para el azufre, el estado de oxidación más alto es +6, el más bajo es -2 y el intermedio es +4.
Los cambios en los estados de oxidación de los elementos por grupo de la tabla periódica reflejan la frecuencia de sus cambios. propiedades químicas con número de serie creciente.
El concepto de estado de oxidación de los elementos se utiliza para clasificar sustancias, describir sus propiedades, elaborar fórmulas de compuestos y sus títulos internacionales. Pero se utiliza especialmente en el estudio de reacciones redox. El concepto de "estado de oxidación" se utiliza a menudo en química Inorgánica en lugar del concepto de “valencia” (ver
La tarea de determinar el estado de oxidación puede ser una simple formalidad o un complejo rompecabezas. En primer lugar, esto dependerá de la fórmula del compuesto químico, así como de la disponibilidad de conocimientos básicos de química y matemáticas.
Conociendo las reglas básicas y el algoritmo de acciones secuencialmente lógicas que se discutirán en este artículo al resolver problemas de este tipo, todos pueden hacer frente fácilmente a esta tarea. Y después de practicar y aprender a determinar los estados de oxidación de diversos compuestos químicos, podrá asumir con seguridad la tarea de equilibrar reacciones redox complejas elaborando una balanza electrónica.
El concepto de estado de oxidación.
Para saber cómo determinar el grado de oxidación, primero debe comprender qué significa este concepto.
- El número de oxidación se utiliza al escribir reacciones redox cuando los electrones se transfieren de un átomo a otro.
- El estado de oxidación registra la cantidad de electrones transferidos, lo que indica la carga condicional del átomo.
- El estado de oxidación y la valencia suelen ser idénticos.
Esta designación está escrita encima del elemento químico, en su esquina derecha, y es un número entero con signo “+” o “-”. Un valor cero del estado de oxidación no lleva signo.
Reglas para determinar el grado de oxidación.
Consideremos los principales cánones para determinar el estado de oxidación:
- Las sustancias elementales simples, es decir, aquellas que están formadas por un solo tipo de átomo, siempre tendrán un estado de oxidación cero. Por ejemplo, Na0, H02, P04.
- Hay varios átomos que siempre tienen un estado de oxidación constante. Es mejor recordar los valores que figuran en la tabla.
- Como ves, la única excepción se da con el hidrógeno en combinación con metales, donde adquiere un estado de oxidación “-1” que no le es característico.
- El oxígeno también adopta el estado de oxidación "+2" en compuesto químico con flúor y “-1” en composiciones de peróxidos, superóxidos u ozónidos, donde los átomos de oxígeno están conectados entre sí.
- Los iones metálicos tienen varios estados de oxidación (y solo positivos), por lo que están determinados por los elementos vecinos del compuesto. Por ejemplo, en FeCl3, el cloro tiene un estado de oxidación “-1”, tiene 3 átomos, entonces multiplicamos -1 por 3, obtenemos “-3”. Para que la suma de los estados de oxidación de un compuesto sea “0”, el hierro debe tener un estado de oxidación “+3”. En consecuencia, en la fórmula FeCl2, el hierro cambiará su grado a “+2”.
- Al sumar matemáticamente los estados de oxidación de todos los átomos en la fórmula (teniendo en cuenta los signos), siempre se debe obtener un valor cero. Por ejemplo, en ácido clorhídrico H+1Cl-1 (+1 y -1 = 0), y en ácido sulfúrico H2+1S+4O3-2(+1 * 2 = +2 para hidrógeno, +4 para azufre y -2 * 3 = – 6 para oxígeno; +6 y -6 suman 0).
- El estado de oxidación de un ion monoatómico será igual a su carga. Por ejemplo: Na+, Ca+2.
- El estado de oxidación más alto, por regla general, se correlaciona con el número de grupo en el sistema periódico de D.I. Mendeleev.
Algoritmo para determinar el grado de oxidación.
El orden para encontrar el estado de oxidación no es complicado, pero requiere atención y ciertas acciones.
Tarea: ordenar los estados de oxidación en el compuesto KMnO4
- El primer elemento, el potasio, tiene un estado de oxidación constante de “+1”.
Para comprobarlo, puedes consultar la tabla periódica, donde el potasio se encuentra en el grupo 1 de los elementos. - De los dos elementos restantes, el oxígeno tiende a tener un estado de oxidación de -2.
- Obtenemos la siguiente fórmula: K+1MnxO4-2. Queda por determinar el estado de oxidación del manganeso.
Entonces, x es el estado de oxidación del manganeso que desconocemos. Ahora es importante prestar atención al número de átomos del compuesto.
El número de átomos de potasio es 1, el de manganeso es 1 y el de oxígeno es 4.
Teniendo en cuenta la neutralidad eléctrica de la molécula, cuando la carga total (total) es cero,
1*(+1) + 1*(x) + 4(-2) = 0,
+1+1х+(-8) = 0,
-7+1x = 0,
(al realizar la transferencia cambiamos el signo)
1x = +7, x = +7
Por tanto, el estado de oxidación del manganeso en el compuesto es “+7”.
Tarea: organizar los estados de oxidación en el compuesto Fe2O3.
- El oxígeno, como se sabe, tiene un estado de oxidación “-2” y actúa como agente oxidante. Teniendo en cuenta el número de átomos (3), el valor total del oxígeno es “-6” (-2*3= -6), es decir multiplica el número de oxidación por el número de átomos.
- Para equilibrar la fórmula y llevarla a cero, 2 átomos de hierro tendrán un estado de oxidación de “+3” (2*+3=+6).
- El total es cero (-6 y +6 = 0).
Tarea: ordenar los estados de oxidación en el compuesto Al(NO3)3.
- Sólo hay un átomo de aluminio y tiene un estado de oxidación constante de “+3”.
- Hay 9 átomos de oxígeno en una molécula (3*3), el estado de oxidación del oxígeno, como se sabe, es “-2”, lo que significa que multiplicando estos valores obtenemos “-18”.
- Queda por igualar los valores negativos y positivos, determinando así el grado de oxidación del nitrógeno. -18 y +3, falta + 15. Y dado que hay 3 átomos de nitrógeno, es fácil determinar su estado de oxidación: divide 15 entre 3 y obtienes 5.
- El estado de oxidación del nitrógeno es “+5” y la fórmula será la siguiente: Al+3(N+5O-23)3
- Si le resulta difícil determinar el valor deseado de esta forma, puede componer y resolver las ecuaciones:
1*(+3) + 3x + 9*(-2) = 0.
+3+3x-18=0
3x=15
x=5
Entonces, el estado de oxidación es un concepto bastante importante en química, que simboliza el estado de los átomos en una molécula.
Sin el conocimiento de determinadas disposiciones o conceptos básicos que permitan determinar correctamente el grado de oxidación, es imposible afrontar esta tarea. Por lo tanto, solo hay una conclusión: familiarizarse y estudiar a fondo las reglas para encontrar el estado de oxidación, presentadas de manera clara y concisa en el artículo, y avanzar con valentía por el difícil camino de las complejidades químicas.
Estado de oxidación. Determinación del estado de oxidación del átomo de un elemento mediante la fórmula química del compuesto. Elaboración de la fórmula de un compuesto basándose en los estados de oxidación conocidos de los átomos elementales.
El estado de oxidación de un elemento es la carga condicional de un átomo en una sustancia, calculada suponiendo que está formada por iones. Para determinar el estado de oxidación de los elementos, es necesario recordar ciertas reglas:
1. El estado de oxidación puede ser positivo, negativo o cero. Se indica mediante un número arábigo con un signo más o menos encima del símbolo del elemento.
2. Al determinar los estados de oxidación, partimos de la electronegatividad de la sustancia: la suma de los estados de oxidación de todos los átomos del compuesto es cero.
3. Si un compuesto está formado por átomos de un elemento (en una sustancia simple), entonces el estado de oxidación de estos átomos es cero.
4. A los átomos de algunos elementos químicos se les suele asignar estados de oxidación del acero. Por ejemplo, el estado de oxidación del flúor en los compuestos es siempre -1; litio, sodio, potasio, rubidio y cesio +1; magnesio, calcio, estroncio, bario y zinc +2, aluminio +3.
5. El estado de oxidación del hidrógeno en la mayoría de los compuestos es +1, y solo en compuestos con algunos metales es -1 (KH, BaH2).
6. El estado de oxidación del oxígeno en la mayoría de los compuestos es -2, y solo en algunos compuestos se le asigna un estado de oxidación de -1 (H2O2, Na2O2 o +2 (OF2).
7. Los átomos de muchos elementos químicos tienen estados de oxidación variables.
8. El estado de oxidación del átomo de metal en los compuestos es positivo y numéricamente igual a su valencia.
9. El estado de oxidación positivo máximo de un elemento suele ser igual al número del grupo en la tabla periódica en el que se encuentra el elemento.
10. El estado de oxidación mínimo de los metales es cero. Para los no metales, en la mayoría de los casos, el estado de oxidación negativo es igual a la diferencia entre el número del grupo y el número ocho.
11. El estado de oxidación de un átomo forma un ion simple (consta de un átomo) y es igual a la carga de este ion.
Utilizando las reglas anteriores, determinaremos los estados de oxidación de los elementos químicos en la composición del H2SO4. Se trata de una sustancia compleja que consta de tres elementos químicos: hidrógeno H, azufre S y oxígeno O. Observemos los estados de oxidación de aquellos elementos para los que son constantes. En nuestro caso, se trata de hidrógeno H y oxígeno O.
Determinemos el estado de oxidación desconocido del azufre. Sea x el estado de oxidación del azufre en este compuesto.
Creemos ecuaciones multiplicando para cada elemento su índice por el estado de oxidación e igualando la cantidad extraída a cero: 2 (+1) + x + 4 (-2) = 0
2 + X – 8 = 0
x = +8 – 2 = +6
Por tanto, el número de oxidación del azufre es más seis.
En el siguiente ejemplo, descubriremos cómo crear una fórmula para un compuesto con estados de oxidación conocidos de átomos elementales. Creemos la fórmula del óxido de hierro (III). La palabra “óxido” significa que a la derecha del símbolo del hierro debes escribir el símbolo del oxígeno: FeO.
Observemos los estados de oxidación de los elementos químicos encima de sus símbolos. El estado de oxidación del hierro se indica en el nombre entre paréntesis (III), por lo que es igual a +3, el estado de oxidación del oxígeno en los óxidos es -2.
Encontremos el mínimo común múltiplo de los números 3 y 2, este es 6. Dividimos el número 6 entre 3, obtenemos el número 2: este es el índice del hierro. Divida el número 6 entre 2, obtenemos el número 3: este es el índice de oxígeno.
En el siguiente ejemplo, descubriremos cómo crear una fórmula para un compuesto con estados de oxidación conocidos de átomos elementales y cargas iónicas. Creemos la fórmula del ortofosfato de calcio. La palabra “ortofosfato” significa que a la derecha del símbolo del calcio se debe escribir el residuo ácido del ácido ortofosfato: CaPO4.
Observemos el estado de oxidación del calcio (regla número cuatro) y la carga del residuo ácido (según la tabla de solubilidad).
Encontremos el mínimo común múltiplo de los números 2 y 3, esto es 6. Dividimos el número 6 entre 2, obtenemos el número 3: este es el índice del calcio. Divida el número 6 entre 3, obtenemos el número 2: este es el índice del residuo ácido.
La capacidad de encontrar el estado de oxidación de elementos químicos es una condición necesaria para una solución exitosa ecuaciones químicas, que describe reacciones redox. Sin él, no será posible crear una fórmula exacta para una sustancia resultante de una reacción entre varios elementos químicos. Como resultado, resolver problemas químicos basados en tales ecuaciones será imposible o erróneo.
El concepto de estado de oxidación de un elemento químico.Estado de oxidación es un valor convencional con el que se acostumbra describir reacciones redox. Numéricamente, es igual al número de electrones que el átomo adquirente cede. Carga positiva, o el número de electrones que un átomo gana con una carga negativa.
En las reacciones redox, el concepto de estado de oxidación se utiliza para determinar fórmulas químicas compuestos de elementos resultantes de la interacción de varias sustancias.
A primera vista puede parecer que el número de oxidación equivale al concepto de valencia de un elemento químico, pero no es así. Concepto valencia Se utiliza para cuantificar interacciones electrónicas en compuestos covalentes, es decir, compuestos formados por la formación de pares de electrones compartidos. El número de oxidación se utiliza para describir reacciones que pierden o ganan electrones.
A diferencia de la valencia, que es característica neutral, el número de oxidación puede ser positivo, negativo o cero. Un valor positivo corresponde al número de electrones cedidos y un valor negativo al número de electrones añadidos. Un valor de cero significa que el elemento está en su forma elemental, se ha reducido a 0 después de la oxidación o se ha oxidado a cero después de una reducción previa.
Cómo determinar el estado de oxidación de un elemento químico específico.
La determinación del estado de oxidación de un elemento químico específico está sujeta a las siguientes reglas:
- El estado de oxidación de sustancias simples es siempre cero.
- Los metales alcalinos, que se encuentran en el primer grupo de la tabla periódica, tienen un estado de oxidación de +1.
- Los metales alcalinotérreos, que ocupan el segundo grupo de la tabla periódica, tienen un estado de oxidación de +2.
- El hidrógeno en compuestos con varios no metales siempre presenta un estado de oxidación de +1, y en compuestos con metales +1.
- El estado de oxidación del oxígeno molecular en todos los compuestos considerados en el curso escolar de química inorgánica es -2. Flúor -1.
- Al determinar el grado de oxidación en productos. reacciones químicas Proceden de la regla de neutralidad eléctrica, según la cual la suma de los estados de oxidación de los distintos elementos que componen una sustancia debe ser igual a cero.
- El aluminio en todos los compuestos presenta un estado de oxidación de +3.
Hay estados de oxidación superiores, inferiores e intermedios. El estado de oxidación más alto, como la valencia, corresponde al número de grupo de un elemento químico en la tabla periódica, pero al mismo tiempo tiene valor positivo. El estado de oxidación más bajo es numéricamente igual a la diferencia entre el grupo número 8 del elemento. Un estado de oxidación intermedio será cualquier número que vaya desde el estado de oxidación más bajo hasta el más alto.
Para ayudarle a navegar por la variedad de estados de oxidación de los elementos químicos, le informamos sobre la siguiente tabla auxiliar. Selecciona el elemento que te interesa y recibirás los valores de sus posibles estados de oxidación. Los valores que aparecen con poca frecuencia se indicarán entre paréntesis.
