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Estados de oxidación


Un tema muy importante de cara a la formulación es el tema de los estados de oxidación, por lo que le dedico esta página.
A esta página le he puesto de momento un nombre único "estados de oxidación", pero en ella trato conceptos relacionados: números de oxidación y valencias
En general todos los términos son relativos a dar información sobre el estado de los electrones de un átomo que forma parte de un compuesto.

Distintos conceptos: relaciones y diferencias entre ellos

Valencia

En general a veces se habla de valencias y tablas de valencias (valencia es un término reconocido por la IUPAC), cuando se enseña por primera vez en 3º de ESO (muchas veces los alumnos hablan de "aprenderse las valencias", yo mismo lo recuerdo así en mi época de instituto, y hay tablas periódicas que incluyen como dato las valencias, como http://www.mcgraw-hill.es/bcv/tabla_periodica/ficheros/tabla_periodica2.pdf), pero el concepto más correcto es el de estado de oxidación.

La valencia hace referencia al máximo número de enlaces que forma, pensando en combinarlo con Hidrógeno o con Flúor. También se suele asociar al concepto de electrones de valencia que son los electrones más externos y los que intervienen en los enlaces; la valencia de un elemento es el número de electrones que necesita o que le sobra para tener completo su último nivel. Por ejemplo los elementos del grupo 1 alcalinos (metales), tienen todos valencia 1 porque tienen un único electrón en su última capa y tienen facilidad para perderlo y convertirse en un ion positivo (catión). La valencia de los gases nobles es cero. 

La definición de valencia por la IUPAC de 1994 es: "El máximo número de átomos univalentes (originalmente átomos de hidrógeno o cloro) que pueden combinarse con un átomo del elemento en consideración, o con un fragmento, o para el cual un átomo de este elemento puede ser sustituido." muestra que las valencias realmente siempre son positivas, de modo que donde aparecen valores negativos (muchas "tablas de valencias") no son realmente valencias... Además la propia definición de valencia de la IUPAC implica que tiene un único valor ..

Valencia frente a estado de oxidación

http://en.wikipedia.org/wiki/Valence_%28chemistry%29#Valence_versus_oxidation_state

También se pueden ver ejemplos mostrando que la valencia siempre es positiva y única como se ha indicado pero no el estado de oxidación.

http://en.wikipedia.org/wiki/Valence_%28chemistry%29#Examples

Número de oxidación y estado de oxidación

Normalmente se habla de estado de oxidación, aunque a veces se usa el término número de oxidación; se suelen usar indistintamente ambos términos, aunque son distintos y la IUPAC contempla definiciones separadas: oxidation number (definición IUPAC, inglés) y oxidation state (definición IUPAC, inglés).

Estado de oxidación de un átomo en un compuesto es un número teórico que indica el número de electrones que el átomo habría perdido o ganado, la carga que tendría, si el compuesto fuera completamente iónico. El estado de oxidación de un átomo es una medida de lo oxidado que está en un compuesto, de modo que un mismo elemento puede tener un valor distinto en distintos compuestos. Su valor suelen ser enteros, aunque a veces pueden ser fraccionarios.

Se pueden ver diferencias en la página de la wikipedia en inglés sobre el número de oxidación , donde se indica que a menudo son numéricamente iguales y son intercambiables. Sin embargo hay algunas situaciones en las que no coinciden. Como diferencia se puede citar que los números de oxidación se representan con números romanos, mientras que los estados de oxidación se representan con números árabes, y que los números de oxidación pueden formar parte del nombre de un compuesto (se usan en química inorgánica), pero no los estados de oxidación.

Comentario: en noviembre 2012 la página de la wikipedia en español sobre número de oxidación no contiene nada más que una redirección al estado de oxidación, y las dos páginas en inglés Oxidation_number (que tiene como nota Not to be confused with oxidation state)y "Oxidation_state" (que tiene como nota  Not to be confused with Oxidation number) están ambas vinculadas a la misma página en español Estado_de_oxidación, lo que muestra lo confuso del tema y hasta qué punto se suelen intercambiar.

El concepto número de oxidación está tratado (mezclado con estado de oxidación) en http://www.alonsoformula.com/inorganica/numero_oxidacion.htm

Carga formal

Es un concepto que se puede relacionar con el estado de oxidación; http://es.wikipedia.org/wiki/Carga_formal#Carga_Formal_vs._Estado_de_Oxidaci.C3.B3n

Tablas de estados de oxidación

Se suelen presentar en 3º de ESO por primera vez y se habla de "tablas de valencias". Es algo que hay que memorizar para poder formular, y normalmente a medida que aumenta el nivel (al pasar desde 3º a 4º, de 4º a 1º se van ampliando, hay que recordar que en 2º de bachillerato se supone que no se amplía más formulación a más elementos, solamente se amplía la orgánica)
Un ejemplo de tres niveles de "tablas de estados de oxidación" con "NÚMEROS DE OXIDACIÓN MÁS USUALES DE ALGUNOS ELEMENTOS" se puede ver en http://web.educastur.princast.es/proyectos/fisquiweb/Apuntes/Formulacion/formulacionPDF.htm, donde tienen
N1 = 3º ESO (por ejemplo +2 ,+3 solamente Fe, Co, Ni)
N2 = 4º ESO (por ejemplo +2 ,+3 se añade Cr, Mn respecto a lo anterior)
N3 = 1º Bachillerato (por ejemplo para Cr y Mn se detalla respecto a lo anterior +2, +3, +6 (cromatos y dicromatos) Cr // +2 , +3, (+4), +6 (manganatos), +7 (permanganatos) Mn)

A mí personalmente me parece más gráfico una tabla de números de oxidación en forma de tabla periódica; no aprenderse la relación nº oxidación -> elementos que lo tienen, sino saber elemento -> números de oxidación que tiene. Así por ejemplo para los grupos alcalinos y alcalinotérreos es inmediato recordarlo.
Las tablas periódicas completas suelen incluirlos, aunque lo habitual es una tabla periódica especial solamente con los números de oxidación
Incorporo una tabla de elaboración propia, recogiendo ideas básicas y poniendo ambos formatos

Algunos ejemplos:

Es importante tener presente que se aprenden los más comunes, porque cada elemento puede tener muchos; en pocas tablas sale que el Oxígeno tiene número de oxidación +2 en el compuesto OF2. Por ejemplo podemos ver en http://es.wikipedia.org/wiki/Anexo:Lista_de_estados_de_oxidaci%C3%B3n_de_los_elementos que hay muchos (los estados más comunes aparecen en negrita) y ver que la Plata, un elemento al que casi siempre se le asocia como estado de oxidación solamente +1 (en negrita en la tabla), tiene en ciertos compuestos raros +2, +3 e incluso +4

Una tabla tomada de http://www.compoundchem.com/2015/11/17/oxidation-states/



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Enrique García Simón,
8 feb. 2016 14:08
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