Número de oxidación: definición y reglas de asignación

La imagen muestra fotos de sustancias que tal vez hayas visto o escuchado antes, tales como la sal, fertilizantes o incluso ácidos, pero sabías que hay más de un tipo de ácido, por ende con nombres diferentes, o la palabra sal no es el único término que tenemos para este aditivo que cientifícamente se lo conoce como cloruro de sodio, o que hay del amoníaco y los símbolos NH₃ que le acompañan, a continuación sabrás más de ello.

El número de oxidación es un concepto fundamental en química que ayuda a describir cómo los átomos ganan, pierden o comparten electrones en compuestos y reacciones químicas. Este concepto es crucial para entender y balancear reacciones redox, así como para nombrar compuestos químicos correctamente.

1. Definición de número de oxidación

El número de oxidación (o estado de oxidación) es un número asignado a un átomo en un compuesto que indica la carga que tendría el átomo si todos los enlaces químicos fueran completamente iónicos. Representa el grado de oxidación o reducción de un átomo.

2. Reglas para asignar números de oxidación

Regla 1: Elementos en su estado natural

El número de oxidación de un átomo en su estado elemental es 0.

• Ejemplo: O₂, N₂, Fe (sólido) → Número de oxidación = 0

Regla 2: Iones Monoatómicos

El número de oxidación de un ion monoatómico es igual a la carga del ion.

• Ejemplo: Na⁺ → Número de oxidación = +1
  
• Ejemplo: Cl⁻ → Número de oxidación = -1

Regla 3: Oxígeno

El oxígeno generalmente tiene un número de oxidación de -2 en la mayoría de sus compuestos.

• Ejemplo: H₂O → Número de oxidación del O = -2
  
• Excepciones:
  • En peróxidos (como H₂O₂), el oxígeno tiene un número de oxidación de -1.
  • En OF₂, el oxígeno tiene un número de oxidación de +2.

Regla 4: Hidrógeno

El hidrógeno generalmente tiene un número de oxidación de +1 cuando está unido a no metales y -1 cuando está unido a metales.

• Ejemplo: HCl → Número de oxidación del H = +1
  
• Ejemplo: NaH → Número de oxidación del H = -1

Regla 5: Flúor

El flúor siempre tiene un número de oxidación de -1 en todos sus compuestos.

• Ejemplo: HF → Número de oxidación del F = -1

Regla 6: Halógenos

Otros halógenos (Cl, Br, I) generalmente tienen un número de oxidación de -1, excepto cuando están combinados con oxígeno o flúor.

• Ejemplo: NaCl → Número de oxidación del Cl = -1
  
• Ejemplo: ClO₄⁻ → Número de oxidación del Cl = +7

Regla 7: Metales Alcalinos y Alcalinotérreos

• Metales alcalinos (Grupo 1): Siempre tienen un número de oxidación de +1 en sus compuestos.
  
  • Ejemplo: Na₂O → Número de oxidación del Na = +1
    
• Metales alcalinotérreos (Grupo 2): Siempre tienen un número de oxidación de +2 en sus compuestos.
  
  • Ejemplo: CaCl₂ → Número de oxidación del Ca = +2

Regla 8: Suma de Números de Oxidación

En un compuesto neutro, la suma de los números de oxidación de todos los átomos es 0. En un ion poliatómico, la suma de los números de oxidación es igual a la carga del ion.

• Ejemplo: H₂SO₄ → 2(+1) + X + 4(-2) = 0 → X = +6 (número de oxidación del S)
  
• Ejemplo: SO₄²⁻ → X + 4(-2) = -2 → X = +6 (número de oxidación del S)

Ejemplo 1. Determine el número de oxidación del cromo en el siguiente compuesto: K₂Cr₂O₇

Paso 1: Asignar números de oxidación conocidos

• Potasio (K) es un metal alcalino, siempre tiene un número de oxidación de +1.
  
• Oxígeno (O) usualmente tiene un número de oxidación de -2.

Paso 2: Establecer la ecuación

2(K) + 2(Cr) + 7(O) = 0

• Sustituyendo los valores conocidos:

2(+1) + 2(Cr) + 7(−2) = 0
2 + 2Cr − 14 = 0
2Cr − 12 = 0
2Cr − 12
Cr = +6

Número de oxidación del Cr = +6

Ejemplo 2. Determine el número de oxidación del manganeso en el siguiente ion: MnO₄⁻​

Paso 1: Asignar números de oxidación conocidos

• Oxígeno (O) usualmente tiene un número de oxidación de -2.

Paso 2: Establecer la ecuación

Mn + 4(O) = −1

• Sustituyendo los valores conocidos:

Mn + 4(−2) = −1
Mn − 8 = −1
Mn = −1 + 8
Mn = +7

Número de oxidación del Mn = +7

Ejemplo 3. Determine el número de oxidación del nitrógeno en el siguiente compuesto: Mg₃N₂

Paso 1: Asignar números de oxidación conocidos

• Magnesio (Mg) es un metal alcalinotérreo, siempre tiene un número de oxidación de +2.

Paso 2: Establecer la ecuación

3(Mg) + 2(N) = 0

• Sustituyendo los valores conocidos:

3(+2) + 2(N) = 0
6 + 2N = 0
2N = −6
N = −3

Número de oxidación del N = -3

Ejemplo 4: Determine el número de oxidación para el S₈

Paso 1: Reconocer que el azufre (S) está en su forma elemental

• El número de oxidación de cualquier elemento en su forma elemental es 0.

Número de oxidación del S en S₈​ = 0

Actividad: Cálculo del número de oxidación

1. En la vida diaria, el cálculo de los números de oxidación es fundamental en muchos procesos químicos industriales y ambientales. Un ejemplo importante es la purificación del agua potable. El cloro (en forma de hipoclorito de sodio, NaOCl) se usa comúnmente para desinfectar el agua, eliminando bacterias y otros patógenos. Determine los estados de oxidación de cada elemento que compone el hipoclorito de sodio.

2. El cloro puede existir en varios estados de oxidación en diferentes compuestos. Calcular el número de oxidación del cloro en los siguientes compuestos y compararlos:

a) Cloro gaseoso (Cl₂)
b) Ácido hipocloroso (HOCl)
c) Clorato de sodio (NaClO₃)
d) Cloruro de sodio (NaCl)

Video de repaso