REACCIONES REDOX
Ocurren reacciones de oxidación –reducción (redox) cuando las sustancias que se combinan intercambian electrones. De manera simultánea, con dicho intercambio, tiene lugar una variación en el número de oxidación (estado de oxidación) de las especies químicas que reaccionan. El manejo del número de oxidación es imprescindible para el balanceo de las reacciones redox.
El número de oxidación puede definirse como la carga real o virtual que tienen las especies químicas (átomos, moléculas, iones) que forman las sustancias puras. Esta carga se determina con base en la electronegatividad1 de las especies según las reglas siguientes.
1. Número de oxidación de un elemento químico
El número de oxidación de un elemento químico es de cero ya sea que este se encuentre en forma atómica o de molécula polinuclear.
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Ejemplos:
Na0, Cu0, Fe0, H2
2. Número de oxidación de un ion monoatómico
El número de oxidación de un ion monoatómico (catión o anión) es la carga eléctrica real, positiva o negativa, que resulta de la pérdida o ganancia de electrones, respectivamente.
Ejemplos:
Cationes: Na+, Cu2+, Hg2+, Cr3+, Ag+, Fe2+, Fe3+
Aniones: F-, Br-, S2-, N3-, O2-, As3-
3. Número de oxidación del hidrógeno
El número de oxidación del hidrógeno casi siempre es de 1+, salvo en el caso de los hidruros metálicos donde es de 1–.
4. Número de oxidación del oxígeno
El número de oxidación del oxígeno casi siempre es de 2–, (O2–) salvo en los peróxidos, donde es de 1–, (O2 2–) y en los hiperóxidos donde es de ½– (O2 1–).
5. Números de oxidación de los elementos que forman compuestos covalentes binarios.
Los números de oxidación de los elementos que forman compuestos covalentes binarios (compuestos que se forman entre no metales) son las cargas virtuales2 que se asignan con base en la electronegatividad de los elementos combinados. Al elemento más electronegativo se le asigna la carga negativa total (como si fuera carga iónica). Al otro elemento del compuesto se le asigna carga positiva (también como si fuera carga iónica). En los compuestos binarios covalentes, la carga virtual se asigna según la secuencia que aparece a continuación. El elemento que llevará la carga virtual negativa se halla a la derecha de la lista y los que le preceden llevarán la carga positiva.
6. Número de oxidación de un catión o anión poliatómicos
El número de oxidación de un catión o anión poliatómicos es la carga virtual que se asigna a los elementos combinados con base en la electronegatividad de dichos elementos. La carga virtual que se asigna se considera como si fuera el resultado de la trasferencia total de electrones (carga iónica).
Por ejemplo: en el ion nitrato, NO3– , los estados de oxidación del nitrógeno y del oxígeno son [N5+O3 2–] = [N5+3O2–] = N5+ Y O2– . Estos estados de oxidación no son cargas reales y se les puede considerar como cargas virtuales.
En el ion sulfato, puede verse que los estados de oxidación del S y del oxígeno son [S6+O4 2-] =[S6+4O2-] = S6+ y O2–.
De manera semejante, en el ion amonio, los estados de oxidación del nitrógeno y del hidrógeno son [N3-H4+] = [N3- 4H+] = N3- e H+.
7. Carga de los iones poliatómicos.
Es la carga iónica que resulta cuando se suman los números de oxidación de los elementos que forman dicho ion. Por ejemplo, la carga del ion nitrato resulta de sumar los números de oxidación del nitrógeno y del oxígeno, [N5+3O2–] = [N5+O6–] = (NO3)[(5+)+ (6–)] = NO3–
La carga del ion sulfato puede calcularse de la misma manera:
[S6+O4 2-] = [S6+4O2-] = (SO4) [(6+) +(8 –)] = (SO4)2-
De manera semejante, la carga del ion amonio; NH4+ resulta de la suma de los números de oxidación del nitrógeno e hidrógeno: [N3-H4+] = [N3- 4H+] = [NH4](3 –) + (4+) = [NH4]1+
De nuevo, es necesario destacar que, en estos casos, los estados de oxidación no son cargas reales y se les puede considerar como cargas virtuales.
8. Números de oxidación y cargas en compuestos iónicos poliatómicos
Cuando se tiene la fórmula completa de un compuesto iónico, la suma tanto de los números de oxidación como de las cargas debe ser de cero:
Por ejemplo:
Na2SO4:
Números de oxidación: (Na2+S6+O4 2-) = [Na2+S6+O8-] = (Na2S)2+6(O4)8- = (Na2SO4)0
Cargas: (Na2)+(SO4)2- = [Na2+(SO4)2-] = (Na2SO4)0
[Ag(NH3)2]NO3
Números de oxidación: [Ag+ (N3–H3+)2]N5+O3 2– = [Ag+ (N3– 3H+)2]N5+ 3O2–
Cargas: [Ag(NH3)2]+(NO3) – = {[Ag(NH3)2](NO3)}0
9. Números de oxidación en compuestos orgánicos
El número de oxidación de los elementos que forman los compuestos orgánicos también se asigna con base en la electronegatividad. Sin embargo, aquí se sugiere escribir las fórmulas desarrolladas de dichos compuestos.
CONCEPTOS DE OXIDACIÓN Y REDUCCIÓN
OXIDACIÓN
La oxidación tiene lugar cuando una especie química pierde electrones y en forma simultánea, aumenta su número de oxidación. Por ejemplo, el calcio metálico (con número de oxidación cero), se puede convertir en el ion calcio (con carga de 2+) por la pérdida de dos electrones, según el esquema simbólico siguiente: Ca0 Ca2+ + 2e-
REDUCCIÓN
La reducción ocurre cuando una especie química gana electrones y al mismo tiempo disminuye su número de oxidación. Por ejemplo, el cloro atómico (con número de oxidación cero) se convierte en el ion cloruro (con número de oxidación y carga de 1–) por ganancia de un electrón, según el esquema simbólico siguiente:
e- + Cl0 Cl1-
CONCEPTOS DE AGENTE OXIDANTE Y AGENTE REDUCTOR
AGENTE OXIDANTE
Es la especie química que un proceso redox acepta electrones y, por tanto, se reduce en dicho proceso. Por ejemplo, cuando se hacen reaccionar cloro elemental con calcio: Ca0 + Cl2 0 CaCl2
El cloro es el agente oxidante puesto que, gana electrones y su carga o número de oxidación pasa de 0 a 1–. Esto se puede escribir como: 2e-+Cl2 0 2Cl1-
AGENTE REDUCTOR
Es la especie química que un proceso redox pierde electrones y, por tanto, se oxida en dicho proceso (aumenta su número de oxidación). Por ejemplo, cuando se hacen reaccionar cloro elemental con calcio: Ca0 + Cl2 0 CaCl2
El calcio es el agente reductor puesto que pierde electrones y su carga o número de oxidación pasa de 0 a 2+. Esto se puede escribir como: Ca0 Ca2+ + 2e-
BIBLIOGRAFÍA
