Muchos libros de texto y manuales escolares enseñan cómo crear fórmulas basadas en valencias, incluso para compuestos con enlaces iónicos. Para simplificar el procedimiento de elaboración de fórmulas, esto, en nuestra opinión, es aceptable. Pero debe comprender que esto no es del todo correcto debido a las razones anteriores.
Un concepto más universal es el concepto de estado de oxidación. Con base en los valores de los estados de oxidación de los átomos, así como en los valores de valencia, se puede compilar fórmulas químicas y escribir unidades fórmula.
Estado de oxidación- esta es la carga condicional de un átomo en una partícula (molécula, ion, radical), calculada en la aproximación de que todos los enlaces en la partícula son iónicos.
Antes de determinar los estados de oxidación, es necesario comparar la electronegatividad de los átomos unidos. átomo c gran valor la electronegatividad tiene un estado de oxidación negativo, y con una menor tiene un estado de oxidación positivo.
Para poder comparar objetivamente los valores de electronegatividad de los átomos al calcular los estados de oxidación, en 2013 la IUPAC recomendó utilizar la escala de Allen.
* Entonces, por ejemplo, según la escala de Allen, la electronegatividad del nitrógeno es 3,066 y la del cloro es 2,869.
Ilustremos la definición anterior con ejemplos. vamos a componer fórmula estructural moléculas de agua.
polar covalente Conexiones OH marcado en azul.
Imaginemos que ambos enlaces no son covalentes, sino iónicos. Si fueran iónicos, entonces un electrón se transferiría de cada átomo de hidrógeno al átomo de oxígeno más electronegativo. Denotamos estas transiciones con flechas azules.
*En esoPor ejemplo, la flecha sirve para ilustrar visualmente la transferencia completa de electrones y no para ilustrar el efecto inductivo.
Es fácil notar que el número de flechas muestra el número de electrones transferidos y su dirección indica la dirección de la transferencia de electrones.
Hay dos flechas dirigidas al átomo de oxígeno, lo que significa que se transfieren dos electrones al átomo de oxígeno: 0 + (-2) = -2. Se forma una carga de -2 en el átomo de oxígeno. Este es el estado de oxidación del oxígeno en una molécula de agua.
Cada átomo de hidrógeno pierde un electrón: 0 - (-1) = +1. Esto significa que los átomos de hidrógeno tienen un estado de oxidación de +1.
La suma de los estados de oxidación siempre es igual a la carga total de la partícula.
Por ejemplo, la suma de los estados de oxidación en una molécula de agua es igual a: +1(2) + (-2) = 0. La molécula es una partícula eléctricamente neutra.
Si calculamos los estados de oxidación de un ion, entonces la suma de los estados de oxidación es, respectivamente, igual a su carga.
El valor del estado de oxidación suele indicarse en la esquina superior derecha del símbolo del elemento. Además, el signo está escrito delante del número. Si el signo va después del número, entonces esta es la carga del ion.
Por ejemplo, S -2 es un átomo de azufre en el estado de oxidación -2, S 2- es un anión de azufre con una carga de -2.
S +6 O -2 4 2- - valores de los estados de oxidación de los átomos en el anión sulfato (la carga del ion está resaltada en verde).
Consideremos ahora el caso en el que el compuesto tiene enlaces mixtos: Na 2 SO 4. El enlace entre el anión sulfato y los cationes sodio es iónico, los enlaces entre el átomo de azufre y los átomos de oxígeno en el ión sulfato son polares covalentes. Escribamos la fórmula gráfica del sulfato de sodio y usemos flechas para indicar la dirección de la transición electrónica.
*La fórmula estructural muestra el orden de los enlaces covalentes en una partícula (molécula, ion, radical). Las fórmulas estructurales se utilizan sólo para partículas con enlaces covalentes. Para partículas con enlaces iónicos, el concepto de fórmula estructural no tiene significado. Si la partícula contiene enlaces iónicos, se utiliza una fórmula gráfica.
Vemos que seis electrones abandonan el átomo de azufre central, lo que significa que el estado de oxidación del azufre es 0 - (-6) = +6.
Cada uno de los átomos de oxígeno terminales toma dos electrones, lo que significa que sus estados de oxidación son 0 + (-2) = -2.
Cada uno de los átomos de oxígeno puente acepta dos electrones y tiene un estado de oxidación de -2.
También es posible determinar el grado de oxidación mediante una fórmula gráfica estructural, donde los enlaces covalentes se indican con guiones y la carga de los iones.
En esta fórmula, los átomos de oxígeno puente ya tienen cargas negativas únicas y les llega un electrón adicional del átomo de azufre -1 + (-1) = -2, lo que significa que sus estados de oxidación son iguales a -2.
El grado de oxidación de los iones de sodio es igual a su carga, es decir. +1.
Determinemos el grado de oxidación de los elementos en el superóxido de potasio (superóxido). Para hacer esto, creemos una fórmula gráfica para el superóxido de potasio y mostremos la redistribución de electrones con una flecha. comunicación OO es covalente apolar, por lo que en él no se indica la redistribución de electrones.
* El anión superóxido es un ion radical. La carga formal de un átomo de oxígeno es -1 y la del otro, con un electrón desapareado, es 0.
Vemos que el estado de oxidación del potasio es +1. El estado de oxidación del átomo de oxígeno escrito frente al potasio en la fórmula es -1. El estado de oxidación del segundo átomo de oxígeno es 0.
De la misma forma, se puede determinar el grado de oxidación mediante la fórmula estructural-gráfica.
Los círculos indican las cargas formales del ion potasio y uno de los átomos de oxígeno. En este caso, los valores de las cargas formales coinciden con los valores de los estados de oxidación.
Dado que ambos átomos de oxígeno en el anión superóxido tienen diferentes significados estados de oxidación, podemos calcular estado de oxidación medio aritmético oxígeno.
Será igual a / 2 = - 1/2 = -0,5.
Los valores de los estados de oxidación medios aritméticos generalmente se indican en fórmulas brutas o unidades de fórmula para mostrar que la suma de los estados de oxidación es igual a la carga total del sistema.
Para el caso del superóxido: +1 + 2(-0,5) = 0
Es fácil determinar los estados de oxidación utilizando fórmulas de puntos de electrones, en las que los pares de electrones solitarios y los electrones de enlaces covalentes se indican mediante puntos.
El oxígeno es un elemento del grupo VIA, por tanto su átomo tiene 6 electrones de valencia. Imaginemos que los enlaces en una molécula de agua son iónicos, en este caso el átomo de oxígeno recibiría un octeto de electrones.
El estado de oxidación del oxígeno es correspondientemente igual a: 6 - 8 = -2.
A átomos de hidrógeno: 1 - 0 = +1
La capacidad de determinar los estados de oxidación mediante fórmulas gráficas es invaluable para comprender la esencia de este concepto; esta habilidad también será requerida en el curso; química Orgánica. Si estamos tratando con sustancias inorgánicas, entonces debes poder determinar los estados de oxidación utilizando fórmulas moleculares y unidades de fórmula.
Para ello, en primer lugar es necesario comprender que los estados de oxidación pueden ser constantes y variables. Deben recordarse los elementos que presentan estados de oxidación constantes.
Cualquier elemento químico se caracteriza por estados de oxidación más altos y más bajos.
Estado de oxidación más bajo- esta es la carga que adquiere un átomo como resultado de recibir cantidad máxima electrones a la capa electrónica externa.
En vista de esto, el estado de oxidación más bajo tiene un valor negativo, con excepción de los metales, cuyos átomos los electrones nunca tienen en cuenta valores bajos electronegatividad. Los metales tienen un estado de oxidación más bajo de 0.
La mayoría de los no metales de los subgrupos principales intentan llenar su capa electrónica externa con hasta ocho electrones, después de lo cual el átomo adquiere una configuración estable ( Regla del octeto). Por lo tanto, para determinar el estado de oxidación más bajo, es necesario comprender cuántos electrones de valencia le faltan a un átomo para alcanzar el octeto.
Por ejemplo, el nitrógeno es un elemento del grupo VA, lo que significa que el átomo de nitrógeno tiene cinco electrones de valencia. El átomo de nitrógeno está a tres electrones del octeto. Esto significa que el estado de oxidación más bajo del nitrógeno es: 0 + (-3) = -3
Temas del codificador del Examen Estatal Unificado: Electronegatividad. Estado de oxidación y valencia. elementos químicos.
Cuando los átomos interactúan y se forman, los electrones entre ellos en la mayoría de los casos se distribuyen de manera desigual, ya que las propiedades de los átomos difieren. Más electronegativo el átomo atrae más fuertemente hacia sí la densidad de electrones. Un átomo que ha atraído densidad electrónica hacia sí adquiere parcial carga negativa δ — , su “socio” es parcial Carga positiva δ+ . Si la diferencia de electronegatividad de los átomos que forman un enlace no excede 1,7, llamamos al enlace polar covalente . Si la diferencia de electronegatividades que forman un enlace químico excede 1,7, entonces llamamos a dicho enlace iónico .
Estado de oxidación es la carga condicional auxiliar de un átomo de elemento en un compuesto, calculada a partir del supuesto de que todos los compuestos están formados por iones (todos los enlaces polares son iónicos).
¿Qué significa "cargo condicional"? Simplemente aceptamos que simplificaremos un poco las cosas: consideraremos que cualquier enlace polar es completamente iónico y asumiremos que el electrón sale o viene completamente de un átomo a otro, aunque en realidad no sea así. Y un electrón condicional sale de un átomo menos electronegativo a uno más electronegativo.
Por ejemplo, en el enlace H-Cl creemos que el hidrógeno "cedió" condicionalmente un electrón y su carga pasó a ser +1, y el cloro "aceptó" un electrón y su carga pasó a ser -1. De hecho, no existen cargas totales en estos átomos.
Seguramente tienes una pregunta: ¿por qué inventar algo que no existe? Este no es un plan insidioso de los químicos, todo es simple: este modelo es muy conveniente. Las ideas sobre el estado de oxidación de los elementos son útiles al compilar. clasificaciones sustancias químicas, descripción de sus propiedades, recopilación de fórmulas de compuestos y nomenclatura. Los estados de oxidación se utilizan especialmente cuando se trabaja con reacciones redox.
Hay estados de oxidación. más alto, inferior Y intermedio.
Más alto el estado de oxidación es igual al número del grupo con un signo más.
Más bajo se define como el número de grupo menos 8.
Y intermedio Un número de oxidación es casi cualquier número entero que va desde el estado de oxidación más bajo hasta el más alto.
Por ejemplo, el nitrógeno se caracteriza por: el estado de oxidación más alto es +5, el más bajo 5 - 8 = -3 y los estados de oxidación intermedios de -3 a +5. Por ejemplo, en la hidracina N 2 H 4 el estado de oxidación del nitrógeno es intermedio, -2.
Muy a menudo, el estado de oxidación de los átomos en sustancias complejas se indica primero con un signo y luego con un número, por ejemplo. +1, +2, -2 etc. Cuando se habla de la carga de un ion (suponiendo que el ion realmente exista en un compuesto), indique primero el número y luego el signo. Por ejemplo: Ca 2+ , CO 3 2- .
Para encontrar los estados de oxidación, use lo siguiente normas :
- Estado de oxidación de los átomos en sustancias simples igual a cero;
- EN moléculas neutras la suma algebraica de los estados de oxidación es cero, para los iones esta suma es igual a la carga del ion;
- Estado de oxidación Metales alcalinos (elementos del grupo I del subgrupo principal) en compuestos es +1, estado de oxidación metales alcalinotérreos (elementos del grupo II del subgrupo principal) en compuestos es +2; estado de oxidación aluminio en compuestos es igual a +3;
- Estado de oxidación hidrógeno en compuestos con metales (- NaH, CaH 2, etc.) es igual a -1 ; en compuestos con no metales () +1 ;
- Estado de oxidación oxígeno igual a -2 . Excepción constituir peróxidos– compuestos que contienen el grupo –O-O-, donde el estado de oxidación del oxígeno es igual a -1 y algunos otros compuestos ( superóxidos, ozonuros, fluoruros de oxígeno DE 2 y etc.);
- Estado de oxidación fluoruro en todas las sustancias complejas es igual -1 .
Arriba se enumeran situaciones en las que consideramos el estado de oxidación. constante . Todos los demás elementos químicos tienen un estado de oxidación. — variable, y depende del orden y tipo de átomos del compuesto.
Ejemplos:
Ejercicio: determine los estados de oxidación de los elementos en la molécula de dicromato de potasio: K 2 Cr 2 O 7 .
Solución: El estado de oxidación del potasio es +1, el estado de oxidación del cromo se denota como X, el estado de oxidación del oxígeno es -2. La suma de todos los estados de oxidación de todos los átomos de una molécula es igual a 0. Obtenemos la ecuación: +1*2+2*x-2*7=0. Resolviendolo obtenemos el estado de oxidación del cromo +6.
En los compuestos binarios, el elemento más electronegativo tiene un estado de oxidación negativo y el elemento menos electronegativo tiene un estado de oxidación positivo.
tenga en cuenta que ¡El concepto de estado de oxidación es muy arbitrario! El estado de oxidación no indica la carga real de un átomo y no tiene ninguna carga real. significado fisico . Este es un modelo simplificado que funciona eficazmente cuando necesitamos, por ejemplo, igualar los coeficientes en la ecuación de una reacción química o algoritmizar la clasificación de sustancias.
El número de oxidación no es valencia.! El estado de oxidación y la valencia no coinciden en muchos casos. Por ejemplo, la valencia del hidrógeno en una sustancia simple H2 es igual a I y el estado de oxidación, según la regla 1, es igual a 0.
Estas son las reglas básicas que te ayudarán a determinar el estado de oxidación de los átomos en los compuestos en la mayoría de los casos.
En algunas situaciones, es posible que tenga dificultades para determinar el estado de oxidación de un átomo. Veamos algunas de estas situaciones y veamos cómo resolverlas:
- En los óxidos dobles (tipo sal), el grado de un átomo suele ser de dos estados de oxidación. Por ejemplo, en la escala de hierro Fe 3 O 4, el hierro tiene dos estados de oxidación: +2 y +3. ¿Cuál debo indicar? Ambos. Para simplificar, podemos imaginar este compuesto como una sal: Fe(FeO 2) 2. En este caso, el residuo ácido forma un átomo con un estado de oxidación de +3. O el doble óxido se puede representar de la siguiente manera: FeO*Fe 2 O 3.
- En los compuestos peroxo, el estado de oxidación de los átomos de oxígeno conectados por enlaces covalentes no polares, por regla general, cambia. Por ejemplo, en el peróxido de hidrógeno H 2 O 2 y los peróxidos de metales alcalinos, el estado de oxidación del oxígeno es -1, porque uno de los enlaces es covalente no polar (H-O-O-H). Otro ejemplo es el ácido peroxomonosulfúrico (ácido caro) H 2 SO 5 (ver figura) contiene dos átomos de oxígeno con un estado de oxidación -1, los átomos restantes con un estado de oxidación -2, por lo que la siguiente entrada será más comprensible: H 2 SO 3 (O2). También se conocen compuestos de peroxo de cromo, por ejemplo, peróxido de cromo (VI) CrO(O 2) 2 o CrO 5, y muchos otros.
- Otro ejemplo de compuestos con estados de oxidación ambiguos son los superóxidos (NaO 2) y los ozonuros salinos KO 3. En este caso, es más apropiado hablar del ion molecular O 2 con carga -1 y O 3 con carga -1. La estructura de tales partículas se describe mediante algunos modelos, que en ruso plan de estudios se toman en los primeros años de las universidades de química: MO LCAO, el método de superposición de esquemas de valencia, etc.
- En compuestos orgánicos, el concepto de estado de oxidación no es muy conveniente de utilizar, porque entre los átomos de carbono hay Número grande Enlaces covalentes no polares. Sin embargo, si dibuja la fórmula estructural de una molécula, el estado de oxidación de cada átomo también puede determinarse por el tipo y la cantidad de átomos a los que ese átomo está directamente unido. Por ejemplo, el estado de oxidación de los átomos de carbono primarios en los hidrocarburos es -3, para los átomos secundarios -2, para los átomos terciarios -1 y para los átomos cuaternarios - 0.
Practiquemos determinar el estado de oxidación de los átomos en compuestos orgánicos. Para hacer esto, es necesario dibujar la fórmula estructural completa del átomo y resaltar el átomo de carbono con su entorno más cercano: los átomos con los que está directamente conectado.
- Para simplificar los cálculos, puede utilizar la tabla de solubilidad: muestra las cargas de los iones más comunes. En la mayoría de los exámenes de química rusos (USE, GIA, DVI), se permite el uso de una tabla de solubilidad. Se trata de una hoja de referencia ya preparada que, en muchos casos, puede ahorrar mucho tiempo.
- Al calcular el estado de oxidación de elementos en sustancias complejas, primero indicamos los estados de oxidación de los elementos que conocemos con certeza (elementos con un estado de oxidación constante) y el estado de oxidación de los elementos con grado variable la oxidación se denota como x. La suma de todas las cargas de todas las partículas es cero en una molécula o igual a la carga de un ion en un ion. A partir de estos datos es fácil crear y resolver una ecuación.
Preparación química para el cáncer y DPA.
Edición completa
PARTE Y
QUÍMICA GENERAL
ENLACE QUÍMICO Y ESTRUCTURA DE LA SUSTANCIA
Estado de oxidación
El estado de oxidación es la carga condicional de un átomo en una molécula o cristal que surgiría en él si todos los enlaces polares creados por él fueran de naturaleza iónica.
A diferencia de la valencia, los estados de oxidación pueden ser positivos, negativos o cero. En los compuestos iónicos simples, el estado de oxidación coincide con las cargas de los iones. Por ejemplo, en cloruro de sodio.
NaCl (Na+Cl-) El sodio tiene un estado de oxidación de +1 y el cloro -1, en el óxido de calcio CaO (Ca +2 O -2). El calcio presenta un estado de oxidación de +2 y el oxiseno -2. Esta regla se aplica a todos los óxidos básicos: el estado de oxidación de un elemento metálico es igual a la carga del ion metálico (Sodio +1, Bario +2, Aluminio +3), y el estado de oxidación del Oxígeno es -2. El estado de oxidación se indica mediante números arábigos, que se colocan encima del símbolo del elemento, como la valencia, y primero se indica el signo de la carga y luego su valor numérico:Si el módulo del estado de oxidación es igual a uno, entonces se puede omitir el número “1” y solo se puede escribir el signo:
Na+Cl-.El número de oxidación y la valencia son conceptos relacionados. En muchos compuestos, el valor absoluto del estado de oxidación de los elementos coincide con su valencia. Sin embargo, hay muchos casos en los que la valencia difiere del estado de oxidación.
En sustancias simples, no metales, existe un enlace covalente no polar; el par de electrones compartido se desplaza hacia uno de los átomos, por lo que el estado de oxidación de los elementos en sustancias simples es siempre cero. Pero los átomos están conectados entre sí, es decir, presentan una determinada valencia, como, por ejemplo, en el oxígeno la valencia del Oxígeno es II, y en el nitrógeno la valencia del Nitrógeno es III:
En la molécula de peróxido de hidrógeno, la valencia del Oxígeno también es II, y la del Hidrógeno es I:
Definición de posibles grados oxidación de elementos
Los estados de oxidación que pueden presentar los elementos en diversos compuestos pueden, en la mayoría de los casos, determinarse por la estructura del nivel electrónico externo o por el lugar del elemento en la tabla periódica.
Los átomos de elementos metálicos sólo pueden donar electrones, por lo que presentan estados de oxidación positivos en los compuestos. Su valor absoluto en muchos casos (excepto d -elementos) es igual al número de electrones en el nivel externo, es decir, el número de grupo en la tabla periódica. átomos d -Los elementos también pueden donar electrones de un nivel superior, es decir, de los que no están llenos. d -orbitales. Por lo tanto para d -elementos, determinar todos los estados de oxidación posibles es mucho más difícil que para s- y elementos p. Es seguro decir que la mayoría d -Los elementos exhiben un estado de oxidación de +2 debido a los electrones en el nivel electrónico externo, y el estado de oxidación máximo en la mayoría de los casos es igual al número del grupo.
Los átomos de elementos no metálicos pueden exhibir estados de oxidación tanto positivos como negativos, dependiendo del átomo del elemento con el que forman un enlace. Si un elemento es más electronegativo, entonces exhibe un estado de oxidación negativo, y si es menos electronegativo, exhibe un estado de oxidación positivo.
El valor absoluto del estado de oxidación de elementos no metálicos puede determinarse mediante la estructura de la capa electrónica exterior. Un átomo es capaz de aceptar tantos electrones que ocho electrones se encuentran en su nivel exterior: los elementos no metálicos del grupo VII aceptan un electrón y exhiben un estado de oxidación de -1, el grupo VI - dos electrones y exhiben un estado de oxidación de - 2, etc
Los elementos no metálicos son capaces de desprender numero diferente electrones: máximo tantos como se encuentren en el nivel energético exterior. En otras palabras, el estado de oxidación máximo de los elementos no metálicos es igual al número de grupo. Debido a la circulación de electrones en el nivel externo de los átomos, la cantidad de electrones desapareados que un átomo puede donar a reacciones químicas, pueden ser diferentes, por lo que los elementos no metálicos son capaces de detectar varios valores intermedios del estado de oxidación.
Posibles estados de oxidación elementos s y p
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Grupo PS |
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Estado de oxidación más alto |
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Estado de oxidación intermedio |
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Estado de oxidación más bajo |
Determinación de estados de oxidación en compuestos.
Cualquier molécula eléctricamente neutra, por tanto la suma de los estados de oxidación de los átomos de todos los elementos debe ser igual a cero. Determinemos el grado de oxidación del azufre (I). V) óxido SO 2 taufósforo (V) sulfuro P 2 S 5.
Óxido de azufre (IV) SO 2 formado por átomos de dos elementos. De estos, el oxígeno tiene la mayor electronegatividad, por lo que los átomos de oxígeno tendrán un estado de oxidación negativo. Para el oxígeno es igual a -2. En este caso, el azufre tiene un estado de oxidación positivo. El azufre puede presentar diferentes estados de oxidación en diferentes compuestos, por lo que en este caso se debe calcular. en una molecula Entonces 2 dos átomos de Oxígeno con un estado de oxidación de -2, por lo que la carga total de los átomos de Oxígeno es -4. Para que la molécula sea eléctricamente neutra, el átomo de Azufre tiene que neutralizar completamente la carga de ambos átomos de Oxígeno, por lo tanto el estado de oxidación del Azufre es +4:
En la molécula hay fósforo ( V) sulfuro P 2 S 5 El elemento más electronegativo es el azufre, es decir, presenta un estado de oxidación negativo y el fósforo tiene un estado de oxidación positivo. Para el azufre, el estado de oxidación negativo es sólo 2. Juntos, los cinco átomos de azufre tienen una carga negativa de -10. Por lo tanto dos átomos de fósforo tienen que neutralizar esta carga con una carga total de +10. Dado que hay dos átomos de fósforo en la molécula, cada uno debe tener un estado de oxidación de +5:
Es más difícil calcular el estado de oxidación en compuestos no binarios: sales, bases y ácidos. Pero para ello también conviene utilizar el principio de neutralidad eléctrica, y recordar también que en la mayoría de compuestos el estado de oxidación del Oxígeno es -2, Hidrógeno +1.
Veamos esto usando el sulfato de potasio como ejemplo. K2SO4. El estado de oxidación del potasio en los compuestos solo puede ser +1 y el oxígeno -2:
Utilizando el principio de neutralidad eléctrica, calculamos el estado de oxidación del azufre:
2(+1) + 1 (x) + 4 (-2) = 0, de donde x = +6.
Al determinar los estados de oxidación de elementos en compuestos, se deben seguir las siguientes reglas:
1. El estado de oxidación de un elemento en una sustancia simple es cero.
2. El flúor es el elemento químico más electronegativo, por lo que el estado de oxidación del flúor en todos los compuestos es igual a -1.
3. El oxígeno es el elemento más electronegativo después del flúor, por lo que el estado de oxidación del oxígeno en todos los compuestos excepto los fluoruros es negativo: en la mayoría de los casos es -2 y en los peróxidos - -1.
4. El estado de oxidación del hidrógeno en la mayoría de los compuestos es +1 y en compuestos con elementos metálicos (hidruros) - -1.
5. El estado de oxidación de los metales en los compuestos es siempre positivo.
6. Un elemento más electronegativo siempre tiene un estado de oxidación negativo.
7. La suma de los estados de oxidación de todos los átomos de una molécula es cero.
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.
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 manganeso es 1 y el 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, cambie 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).
- En total obtenemos cero (-6 y +6 = 0).
Tarea: ordenar los estados de oxidación en el compuesto Al(NO3)3.
- 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.
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 estado de oxidación puede ser cero, negativo o valores 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. Significado negativo Estos átomos tienen estados de oxidación hacia los que se desplaza la nube de electrones (par de electrones) que los une. Para el flúor en todos sus compuestos es igual a −1. Grado positivo La oxidación involucra átomos que donan electrones de valencia a otros átomos. 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
