NOMBRE D'OXIDACIÓ: CONCEPTE, COM TREURE-HO I EXEMPLES - QUIMICA - 2026

El nombre d'oxidació, també anomenat estat d'oxidació, és aquell que descriu el guany o pèrdua d'electrons en un àtom, assumint que el compost de què forma part té un caràcter purament iònic. Per tant, quan es parla de nombre d'oxidació, es dóna per fet que tots els àtoms es troben com ions interaccionant electrostàticament.

Tot i que el panorama real és més complicat tenir ions per tot arreu, el nombre d'oxidació és veritablement útil per interpretar les reaccions d'òxid-reducció (redox). El canvi d'aquests números revela quines espècies s'han oxidat o perdut electrons, o si s'han reduït o guanyat electrons.

La capa d'òxid que recobreix els ornaments i estàtues de ferro es compon en part d'anions O2-, on l'oxigen té un nombre d'oxidació de -2. Font: Dracénois

La càrrega iònica d'un ió monoatòmic coincideix amb el seu número d'oxidació. Per exemple, l'anió òxid, O ^2-, un dels més abundants per trobar-se en innombrables minerals, té nombre d'oxidació de -2. Això s'interpreta de la següent manera: té dos electrons extres comparat a l'àtom d'oxigen en estat basal O.

Els nombres d'oxidació es calculen de forma senzilla a partir d'una fórmula molecular, i solen tenir major ús i rellevància quan parlem de compostos inorgànics abarrotats de ions. Mentrestant, en química orgànica no té la mateixa importància, ja que gairebé tots els seus enllaços són en essència covalents.

Com treure el nombre d'oxidació?

electroneutralitat

La sumatòria de les càrregues iòniques en un compost ha de ser igual a zero perquè sigui neutre. Només els ions poden tenir càrregues positives o negatives.

Per tant, és de suposar-se que la sumatòria dels nombres d'oxidació també hagi de ser igual a zero. Tenint això present, i realitzant uns càlculs aritmètics, podrem treure o determinar el nombre d'oxidació d'un àtom en qualsevol compost.

valències

Les valències no són fiables per determinar el nombre d'oxidació d'un àtom, encara que existeixen diverses excepcions. Per exemple, tots els elements de el grup 1, els metalls alcalins, tenen valència 1, i per tant, un nombre d'oxidació invariable de +1. El mateix passa amb els metalls alcalinoterris, els de el grup 2, amb un nombre d'oxidació de +2.

Cal notar que els números d'oxidació positius vénen sempre precedits pel símbol '+': +1, +2, +3, etc. I de la mateixa manera els negatius: -1, -2, -3, etc.

regles generals

Hi ha algunes regles generals que s'han de prendre en compte a l'hora de determinar el nombre d'oxidació:

-El nombre d'oxidació per l'oxigen i sofre és -2: O ^2- i S ^2-

-Els elements purs tenen nombre d'oxidació de 0: Fe ⁰, P ₄ ⁰, S ₈ ⁰

-El àtom d'hidrogen, depenent de amb qui estigui enllaçat, té nombre d'oxidació de +1 (H ⁺) o -1 (H ^-)

-Els halògens, sempre que no estiguin enllaçats amb l'oxigen o fluor, tenen nombre d'oxidació de -1: F ^-, Cl ^-, Br ^- i I ^-

-Per a un ió poliatòmic, com OH ^-, la sumatòria dels nombres d'oxidació no ha de ser igual a zero sinó a la càrrega de l'ió, que seria -1 per l'OH ^- (O ^2- H ⁺) ^-

-Els metalls en condicions ordinàries tenen nombres d'oxidació positius

operacions aritmètiques

Suposem que tenim el compost PbCO ₃. Si identifiquem l'anió carbonat, CO ₃ ^2-, el càlcul de tots els números d'oxidació serà senzill. Comencem pel mateix carbonat, sabent que el nombre d'oxidació de l'oxigen és -2:

(C ^x O ₃ ^2-) ^2-

La sumatòria dels nombres d'oxidació ha de ser igual a -2:

x + 3 (-2) = -2

x -6 = -2

x = +4

Per tant, el nombre d'oxidació de l'carboni és +4:

(C ⁴⁺ O ₃ ^2-) ^2-

El PbCO ₃ es veuria ara com:

Pb ^z C ⁴⁺ O ₃ ^2-

Novament, sumem els números oxidació perquè s'igualin a zero:

z + 4 - 6 = 0

z = +2

Per tant, el plom té nombre d'oxidació de +2, per la qual cosa s'assumeix que existeix com catió Pb ²⁺. Realment, no calia tan sols fer aquest càlcul, perquè sabent que el carbonat té càrrega de -2, el plom, el seu contraió obligatòriament ha de tenir una càrrega de +2 perquè hi hagi electroneutralitat.

exemples

A continuació s'esmentaran alguns exemples de nombres d'oxidació per diversos elements en diferents compostos.

oxigen

Tots els òxids metàl·lics tenen a l'oxigen com O ^2-: CaO, FeO, Cr ₂ O ₃, BeO, A l' ₂ O ₃, PbO ₂, etc. No obstant això, en l'anió peròxid, O ₂ ^2-, cada àtom d'oxigen té un nombre d'oxidació de -1. Així mateix, en l'anió superòxid, O ₂ ^-, cada àtom d'oxigen té un nombre d'oxidació de -1/2.

D'altra banda, quan l'oxigen s'enllaça a l'fluor adquireix nombres d'oxidació positius. Per exemple, en el difluorur d'oxigen, OF ₂, l'oxigen té un nombre d'oxidació positiu. Quin és? Sabent que el de l'fluor és de -1 tenim:

O ^x F ₂ ^-1

x + 2 (-1) = 0

x -2 = 0

x = +2

Així, l'oxigen té nombre d'oxidació de +2 (O ²⁺) al OF ₂ (O ²⁺ F ₂ ^-).

nitrogen

Els principals números d'oxidació de l'nitrogen són -3 (N ^3- H ₃ ^{+ 1}), +3 (N ³⁺ F ₃ ^-) i +5 (N ₂ ⁵⁺ O ₅ ^2-).

clor

Un dels principals nombres d'oxidació de el clor és -1. Però tot canvia quan es combina amb l'oxigen, nitrogen o fluor, elements més electronegatius. Quan això succeeix, adquireix nombres d'oxidació positius, com ara: +1 (N ^3- Cl ₃ ⁺, Cl ⁺ F ^-, Cl ₂ ⁺ O ^2-), +2, +3 (ClO ₂ ^-), +4, +5 (ClO ₂ ⁺), +6 i +7 (Cl ₂ ^{7 +} O ₇ ^2-).

potassi

El potassi en tots els seus compostos té nombre d'oxidació de +1 (K ⁺); llevat que es tracti d'una condició molt especial, on pot adquirir un nombre d'oxidació de -1 (K ^-).

sofre

El cas de l'sofre és semblant a el de el clor: té nombre d'oxidació de -2, sempre que no es combini amb l'oxigen, fluor, nitrogen, o el mateix clor. Per exemple, els seus altres números d'oxidació són: -1, +1 (S ₂ ^{+ 1} Cl ₂ ^-), +2 (S ²⁺ Cl ₂ ^-), +3 (S ₂ O ₄ ^2-), +4 (S ⁴⁺ O ₂ ^2-), +5 i +6 (S ⁶⁺ O ₃ ^2-).

carboni

Els principals estats d'oxidació de l'carboni són -4 (C ^4- H ₄ ⁺) i +4 (C ⁴⁺ O ₂ ^2-). És aquí on comencem a veure la falla d'aquest concepte. Ni en el metà, CH ₄, i tampoc en el diòxid de carboni, CO ₂, tenim a l'carboni com ions C ^4- o C ⁴⁺, respectivament, sinó formant enllaços covalents.

Altres números d'oxidació per al carboni, com el -3, -2, -1 i 0, els trobem en les fórmules moleculars d'alguns compostos orgànics. No obstant això, i novament, no té molta validesa assumir càrregues iòniques en l'àtom de carboni.

fòsfor

I finalment, els principals números d'oxidació de l'fòsfor són -3 (Ca ₃ ²⁺ P ₂ ^3-), +3 (H ₃ ⁺ P ³⁺ O ₃ ^2-), i +5 (P ₂ ⁵⁺ O ₅ ^2-).

referències

1. Shiver & Atkins. (2008). Química Inorgànica. (Quarta edició). Mc Graw Hill.
2. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Química. (8va ed.). Cengage Learning.
3. Clark J. (2018). Oxidation States (Oxidation Numbers). Recuperat de: chemguide.co.uk
4. Wikipedia. (2020). Oxidation state. Recuperat de: en.wikipedia.org
5. Dr. Kristy M. Bailey. (Sf). Assigning Oxidation Numbers. Recuperat de: occc.edu