Numero de oxidacion - Apuntes 1.2 PDF

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Apuntes del numero de oxidación...

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NÚMERO DE OXIDACIÓN Se denomina número de oxidación a la carga que se le asigna a un átomo cuando los electrones de enlace se distribuyen según ciertas reglas un tanto arbitrarias. Las reglas son:  Los electrones compartidos por átomos de idéntica electronegatividad se distribuyen en forma equitativa entre ellos.  Los electrones compartidos por átomos de diferente electronegatividad se le asignan al más electronegativo. Luego de esta distribución se compara el número de electrones con que ha quedado cada átomo con el número que posee el átomo neutro, y ése es el número de oxidación. Éste se escribe, en general, en la parte superior del símbolo atómico y lleva el signo escrito. Por ejemplo: Vamos a determinar el número de oxidación del Cl en Cl2 y en HCl.

Los dos electrones de enlace se reparten uno para cada átomo, ya que por tratarse de átomos del mismo elemento, obviamente tendrán igual valor de electronegatividad. Cada átomo de Cl queda ahora con 7 electrones de valencia, que son los mismo que tiene el átomo neutro, lo que determina que su número de oxidación sea 0.

Los dos electrones de enlace se le asignan al Cl por ser el átomo de mayor electronegatividad, quedando así, con 8 electrones de valencia, uno más que los del átomo neutro, por lo que su número de oxidación es –1. El H ha quedado sin su único electrón, y su número de oxidación es +1. De las dos reglas anteriores surge una serie de reglas prácticas que permiten asignar números de oxidación sin necesidad de representar las estructuras de Lewis, las cuales a veces pueden ser complejas o desconocidas.

Las reglas prácticas pueden sintetizarse de la siguiente manera:  En las sustancias simples, es decir las formadas por un solo elemento, el número

de oxidación es 0. Por ejemplo: Auo, Cl2o, S8o.

 El 0xígeno, cuando está combinado, actúa frecuentemente con -2, a excepción

de los peróxidos, en cuyo caso actúa con número de oxidación -1.  El Hidrógeno actúa con número de oxidación +1 cuando está combinado con un

no metal, por ser éstos más electronegativos; y con -1 cuando está combinado con un metal, por ser éstos más electropositivos.  En los iones monoatómicos, el número de oxidación coincide con la carga del ión. Por ejemplo: Na+1 (Carga del ión) +1 (Número de oxidación) S-2 -2 (Número de oxidación) +3 Al +3 (Número de oxidación)  Recordemos que los elementos de los grupos IA (1) y IIA (2) forman iones de

carga +1 y +2 respectivamente, y los del VIIA (17) y VIA(16), de carga –1 y –2 cuando son monoatómicos.  La suma de los números de oxidación es igual a la carga de la especie; es decir, que si se trata de sustancias, la suma será 0, mientras que si se trata de iones, será igual a la carga de éstos. Por ejemplo: a) Para calcular el número de oxidación del S en el Na2SO3, no podemos recurrir a la tabla periódica, ya que da varios números para este elemento. Nos basaremos en los elementos que no tienen opción, que son el Na: +1 y el O: -2 +1 X -2 Na2 S O3 Nota: es frecuente colocar los números de oxidación individuales en la parte superior de cada elemento. La suma de los números de oxidación en este caso debe ser igual a 0, ya que la especie en cuestión no posee carga residual: (+1) x 2 + X + (-2) x 3 = 0 2+X-6=0 X= +4 +1 +4 -2 Na2 S O3 En este caso, como hay un solo átomo de S, la totalidad de la carga le corresponde a él. b) Para calcular el número de oxidación del Cr en el Cr2O7= nos basaremos en el O: -2 X _2 (Cr2 O7)-2 2 x X + (-2) x 7 = -2 (Suma igual a la carga del ión)

resolviendo, encontramos que X = + 6 +6 _2 (Cr2 O7)-2 FORMULA Y NOMENCLATURA DE COMPUESTOS INORGÁNICOS Se seguirán las reglas dictadas por la IUPAC (Unión Internacional de Química Pura y Aplicada). En las fórmulas, la porción positiva de un compuesto se escribe en primer término, a excepción de algunas especies que por su difundido uso se mantienen con la formulación tradicional. Tal es el caso, entre otros, del amoníaco, NH 3; del ión amonio, NH4+; del metano, CH4. En cuanto a la nomenclatura, subsisten diferentes sistemas en uso, aunque es recomendable la utilización de la nomenclatura sistemática, ya que aún sin mayores conocimientos puede ser deducida a partir de la fórmula química; o en el caso inverso, dada la nomenclatura, puede escribirse la fórmula correspondiente. 1.- Óxidos Los óxidos son compuestos binarios, es decir, formados sólo por dos elementos, uno de los cuales es oxígeno actuando con número de oxidación –2. +m

Oxígeno

etal

+ no

a) óxidos metálicos o básicos meta

l

b) óxi dos no metálicos o ácidos a) Óxidos metálicos o básicos: a1) Óxidos de metales que actúan con un solo estado de oxidación: Recorriendo la tabla periódica de izquierda a derecha, encontramos en primer término el grupo IA (1) o de los alcalinos, los que por tener un solo electrón por encima de la estructura de gas noble actúan con carga +1. En este caso se necesitarán dos iones del metal para neutralizar la carga del oxígeno. En otras palabras la fórmula de estos óxidos en general, será M2O siempre que el metal actúe como +1. Para nombrar estos óxidos, se sigue la siguiente regla:

ÓXIDO DE (nombre del metal) Los metales alcalino térreos o del grupo IIA (2), por poseer dos electrones en el último nivel, actúan con número de oxidación +2 por lo que la fórmula de su óxido en general, será MO. El aluminio pertenece al grupo IIIA (13) y su número de oxidación es +3. Escriba la fórmula del óxido y nómbrelo.

a2) Óxidos de metales que actúan con más de un estado de oxidación: En el caso de los metales de transición, éstos suelen actuar con más de un número de oxidación; así, el hierro actúa con +2 y +3, originando dos óxidos diferentes: FeO y Fe2O3 respectivamente. Nótese que si se sigue la regla anterior, ambos se llamarían óxido de hierro y no se sabría a cuál de las sustancias se está refiriendo. Eso es incorrecto, ya que el nombre debe ser lo suficientemente preciso como para que no quepa la pregunta “¿cuál?” . ¿Cómo se subsana? Utilizando la siguiente regla:

(Prefijo) ÓXIDO DE (prefijo) (nombre del no metal)

En este caso los nombres serán óxido de hierro (II) y óxido de hierro (III). Esta nomenclatura también es utilizada con los elementos representativos que actúan con más de un estado de oxidación (G IIIA (13) al VIA (16)). Ejemplo: PbO se denomina óxido de plomo (II) Resumiendo: la nomenclatura que hemos utilizado en a 1 (no es necesario aclarar el número de oxidación) y a2 (es indispensable aclarar el número de oxidación) se denomina nomenclatura sistemática de Stock o de numeración romana. Es la de uso más frecuente para los compuestos metálicos. b) Óxidos no metálicos o ácidos: Para ellos seguimos las mismas reglas de escritura, pero la nomenclatura más frecuente es la de los prefijos griegos; éstos indican el número de átomos de cada elemento y los más usados son:

ÓXIDO DE (nombre del metal) (estado de oxidación en números Número de átomos

1

2

3

4

5

6

7

8

9

ca 10

La regla para nombrarlos es:

El primer prefijo indica el número de átomos de oxígeno, y cuando termina con las letras a u o, se elimina antes de la palabra óxido: así, no se dice heptaóxido, sino, heptóxido. El segundo prefijo indica el número de átomos del no metal y no se usa cuando tiene un solo átomo: así, el CO 2 se nombra dióxido de carbono y no dióxido de monocarbono.

Anteriormente se utilizaba la llamada nomenclatura clásica que utiliza el sufijo oso cuando el elemento que tiene número de oxidación positivo actúa con su menor estado de oxidación, y el sufijo ico cuando actúa con el mayor. Volviendo a ejemplos ya citados el FeO se denomina óxido ferroso, y el Fe 2O3, óxido férrico, igualmente el SO2 se denomina óxido sulfuroso y el SO3, óxido sulfúrico. El inconveniente de esta nomenclatura estriba en que exige el conocimiento de los estados de oxidación del elemento, puesto que sólo nos indica que es el mayor o el menor, pero no cuál es su valor. Además, no sirve para especies que presentan más de dos números de oxidación.

2.- Hidróxidos Estas sustancias se caracterizan por la existencia del ion OH- o ion hidroxilo combinado con un catión. Si simbolizamos a un catión metálico como M +n, la fórmula general será: M(OH) n. Se denominan de igual manera que los óxidos metálicos sólo que sustituyendo el término óxido por hidróxido (nomenclatura sistemática o de Stock). La regla para nombrar a los hidróxidos es:

HIDRÓXIDO DE (nombre del metal) (número de oxidación si es necesario)

Ejemplo: Pb(OH)2 se denomina Hidróxido de plomo (II)

3.- Ácidos Oxigenados u Oxácidos

Pueden representarse por la fórmula general Hx A Oy donde A representa a un no metal, actuando con número de oxidación positivo (a veces, puede tratarse de un metal de transición). Existen dos nomenclaturas: a) La clásica o funcional es la misma que se utiliza en los óxidos ácidos; así, si un elemento es capaz de formar 2 oxácidos, el construido con el elemento actuando con su mayor estado de oxidación llevará el nombre del elemento seguido de la terminación ico y si está actuando con el menor llevará el nombre del elemento seguido de la terminación oso anteponiendo en ambos casos el término ácido. Los oxácidos más frecuentes con los que trabajaremos son: Grupo IV A (14) H2CO3 ácido carbónico *

Grupo V A (15) HNO2 ácido nitroso HNO3 ácido nítrico

Grupo VI A (16) H2SO3 ácido sulfuroso H2SO4 ácido sulfúrico

* *

H3PO3 ácido fosforoso H3PO4 ácido fosfórico

* *

En el caso del Grupo VII A (17) los oxácidos formados responden a la fórmula general H X On donde n puede variar entre 1 y 4, y X representa al Cl, Br o I. El sufijo oso corresponde al estado de oxidación +3 para X y el sufijo ico corresponde al estado de oxidación +5 para X. Ambos estados son intermedios. Cuando el estado de oxidación de X es +1, por ser menor que el designado con oso, se le antepone el prefijo hipo, y cuando el estado de oxidación es +7, por ser mayor que el designado con ico, se le antepone el prefijo hiper, abreviado per. En general:

ACIDO (prefijo) (nombre del halógeno) (sufijo)

Por ejemplo: HClO ácido hipocloroso HClO2 ácido cloroso HClO3 ácido clórico HClO4 ácido perclórico b) La nomenclatura sistemática indica el número de átomos de oxígeno mediante el uso de los prefijos griegos (a excepción de mono) seguido del sufijo oxo y luego se agrega el nombre del elemento siempre terminado en ico, y su estado de oxidación en números romanos. En general:

ÁCIDO (nombre del no metal) ICO (estado de oxidación)

Ejemplos: H2SO3 ácido sulfúrico (IV) H2SO4 ácido sulfúrico (VI)

4.- Compuestos binarios del Hidrógeno a) Los compuestos de hidrógeno con metales son los llamados hidruros. En estas sustancias el metal es el elemento que lleva el número de oxidación positivo, correspondiéndole al hidrógeno –1. La fórmula general para un metal con estado de

oxidación +n será MHn, denominándose igual que los óxidos metálicos sólo que sustituyendo el término óxido por hidruro:

HIDRURO DE (nombre del metal) (número de oxidación si es necesario) Ejemplos: KH hidruro de potasio CuH hidruro de cobre (I) b) El hidrógeno también forma compuestos con los no metales. En este caso el hidrógeno actúa con número de oxidación +1 y se denominan Los elementos del grupo VII A (17) forman con el hidrógeno sustancias de fórmula HX, donde X es F, C (nombre del no metal)URO DE HIDRÓGENO oruro de Hidrógeno, etc. El S por pertenecer al Grupo VIA (16) formará H 2S, cuyo nombre es Sulfuro de Hidrógeno. Los elementos N y P, que pertenecen al Grupo VA (15), forman con el hidrógeno NH3 y PH3, que se nombran frecuentemente en forma trivial amoníaco y fosfina respectivamente. (Nótese la excepción en la forma de escritura de la fórmula ya mencionada anteriormente). Dé la nomenclatura sistemática de estas especies.

5.- Hidrácidos Cuando los compuestos hidrogenados derivados de elementos de los grupos VIA (16) y VIIA (17) se disuelven en agua, originan iones Hidrógeno y pasan a denominarse Hidrácidos (ácidos sin oxígeno). Para nombrarlos debemos decir así:

ÁCIDO (nombre del no metal) HÍDRICO Las sustancias del inciso 4 pasarán a denominarse: ácido fluorhídrico, ácido clorhídrico, ácido bromhídrico y ácido sulfhídrico.

6.- Aniones Los ácidos, como hemos visto, generan H+ en solución acuosa, originando simultáneamente un anión que posee tantas cargas negativas como Hidrógenos se hayan cedido. Se denominan con los siguientes sufijos: a) Anión de hidrácido

(nombre del no metal) URO

Por ejemplo: F- Fluoruro, S= Sulfuro, HS- Acido sulfuro. b) Los oxoácidos originan aniones que sustituyen la terminación ico por ato tanto en la nomenclatura funcional como en la sistemática, y se sustituye la de oso por ito si se trabaja con la funcional. Veamos a continuación algunos ejemplos: Anión NO3NO2ClOClO2-

Nomenclatura funcional Nitrato Nitrito Hipoclorito Clorito

Nomenclatura sistemática Trioxonitrato (V) Dioxonitrato (III) Oxoclorato (I) Dioxoclorato (III)

En resumen: En Ácido resumen: Sin oxígeno -----hídrico Con oxígeno -------ico -------oso

Anión ------uro ------ato ------ito

Las celdas sombreadas no existen en la nomenclatura sistemática. Cuando los oxácidos poseen más de dos hidrógenos originan diferentes aniones hidrogenados y deben diferenciarse usando los prefijos griegos para indicar el número de hidrógenos que aún contienen. Veamos los siguientes ejemplos y complete los espacios vacíos. Anión H2PO4HPO4-2 HSO4-

7.- Sales

Nomenclatura funcional Dihidrógenofosfato Hidrógenofosfato Hidrógenosulfato

Nomenclatura sistemática Dihidrógenotetraoxofosfato (V) Hidrógenotetraoxofosfato (V) Hidrógenotetraoxosulfato (VI)

Estas sustancias se componen de un anión proveniente de un ácido y de un catión generalmente metálico. Se denominan

(nombre del anión) DE (nombre del catión) Durante el curso utilizaremos frecuentemente un catión no metálico: NH4+ denominado amonio, y sus compuestos se denominan siguiendo las mismas reglas dadas. Veamos algunos ejemplos usando la nomenclatura funcional, dejando la sistemática como ejercitación. Sal K2SO4 FePO4 NH4NO3 Al2(CO3)3 HgI2 Cr(H2PO4)3 NH4(HCO3) Ca(HS)2

Nomenclatura funcional Nomenclatura sistemática Sulfato de Potasio Fosfato Férrico Nitrato de amonio Carbonato de aluminio Ioduro mercúrico Dihidrógenofosfato de cromo(III) Hidrógenocarbonato de amonio Hidrógenosulfuro de calcio

8.- Peróxidos Son compuestos binarios del oxígeno, que presentan la particularidad de que dos átomos de oxígeno se unen entre sí, lo que determina que su número de oxidación sea –1. Se denominan sustituyendo la palabra óxido por peróxido. Ejemplo: Na2O2 Peróxido de sodio BaO2 Peróxido de bario H2O2 Peróxido de hidrógeno (más conocido por su nombre trivial de agua oxigenada).

9.- Otros aniones utilizados frecuentemente: a) b) Oxoaniones cuyo elemento central es un metal Anión MnO4CrO4-2 Cr2O7-2

Nomenclatura funcional Permanganato Cromato Dicromato

b) Aniones no oxigenados Anión CNSCN-

Nomenclatura funcional Cianuro Sulfocianuro Resumen de Reacciones Típicas

+ H2O

Óxidos Metálicos

+ METAL

Hidróxidos Sales Metálicas

OXÍGENO

Óxidos no Metálicos

+ No METAL

+ H2 O

Oxoácidos Ácidos

l erneos Ha óg zuf oa

+ No METAL

Compuestos del hidrógeno

+ METAL

Hidrácidos Sales de Amonio

Ni ó ge no tr

Amoníaco

HIDRÓGENO

+ H2O

Hidruros

+ H2O

Hidróxido de Amonio...