Estat d'oxidació
En química, el estat d'oxidació (EO) és un indicador del grau d'oxidació d'un àtom que forma part d'un compost o una atra espècie química (per eixemple un ió). Formalment, és la càrrega elèctrica hipotètica que l'àtom tindria si tots els seus enllaços en elements distints anaren 100% iònics.
El EO és representat per números, els quals poden ser positius, negatius o zero. En alguns casos, l'estat d'oxidació promig d'un element és una fracció, tal com +8/3 per al ferro en la magnetita (Fe3O4). El major EO conegut és +8 per als tetraóxidos de ruteni, xenón, osmi, iridi, hasio i alguns composts complexos de plutoni, mentres que el menor EO conegut és -4 per a alguns elements del grup del carbono (elements del grup 14).
Segons la normativa de la IUPAC es deu escriure com a superíndex del símbol de l'element químic, indicant primer el número i seguit del signe. Per eixemple A el3+
L'oxidació es dona quan un element o compost pert un o més electrons. Generalment, quan una substància es oxida (pert electrons), una atra substància rep o capta dits electrons reduint-se. Est és el mecanisme bàsic que promou les reaccions d'òxit-reducció o redox.
Un àtom tendix a obedir la regla de l'octet para aixina tindre una configuració electrònica igual a la dels gasos nobles, els quals són molt estables químicament (els seus àtoms no formen enllaços químics casi en ningú, ni tan sols en ells mateixos). Dita regla sosté que un àtom tendix a tindre huit electrons en el seu nivell d'energia més extern. En el cas del hidrogen est tendix a tindre 2 electrons, la qual cosa li proporcionaria la mateixa configuració electrònica que la del heli.
Quan un àtom A necessita, per eixemple, 3 electrons per a obedir la regla de l'octet, llavors dit àtom tendix a tindre un número de 3-, quan adquirixca eixos 3 electrons. Per un atre costat, quan un àtom B té els 3 electrons que deuen ser cedits per a que l'àtom A complixca la llei de l'octet, llavors este àtom tendix a tindre un número de 3+, quan cedixca eixos 3 electrons. En este eixemple podem deduir que els àtoms A i B poden unir-se per a formar un compost, i que açò depén de les interaccions entre ells. La regla de l'octet i del dueto poden ser satisfetes compartint electrons (formant composts covalente, per eixemple en molèculas com l'aigua) o cedint i adquirint electrons (formant composts iònics com per eixemple en els cristals de clorur de sodi).
Els elements químics es dividixen en 3 grans grups, classificats pel tipo de càrrega elèctrica que poden adquirir en participar en una reacció química:
Existixen elements metàlics que, depenent de les condicions a que siguen somesos, poden funcionar com a metals o no metals indistintament. A estos elements se'ls denomina semimetales o metaloides.
Els elements metàlics (els quals tendixen a cedir electrons) quan formen composts tenen normalment estats d'oxidació positius. Els elements no metàlics i semimetálicos, en canvi, poden tindre estats d'oxidació positius i negatius, depenent del compost que estiguen constituint.
Definició de la IUPAC
[editar | editar còdic]La IUPAC ha publicat una "Definició comprensiva del terme estat d'oxidació (Recomanacions IUPAC 2016)" (Comprehensive definition of oxidation state (IUPAC Recommendations 2016)).[1] És una síntesis d'un informe tècnic de la IUPAC "Cap a una definició comprensiva de l'estat d'oxidació" ("Toward a comprehensive definition of oxidation state") de 2014.[2] La definició actual d'estat d'oxidació del Gold Book (Llibre d'Or) de la IUPAC és:
Estat d'oxidació d'un àtom és la càrrega d'este àtom despuix de l'aproximació iònica dels seus enllaços heteronucleares....- IUPAC[6]
i el terme número és casi sinònim.[3]
El principi subjacent és que la càrrega iònica és "l'estat d'oxidació d'un àtom, despuix de l'aproximació iònica dels seus enllaços",[4] a on aproximació iònica significa, hipotetizando, que tots els enllaços són iònics. Es varen considerar varis criteris per a l'aproximació iònica:
- Extrapolació de la polaridad de l'enllaç;
- a partir de la diferència d'electronegatividad
- del moment dipolar, i
- dels càlculs quàntic-químics de les càrregues.
- Assignació d'electrons segons la contribució de l'àtom al orbital molecular (MO) d'enllaç[4][5]/ la llealtat de l'electró en un model Combinació Llineal de Orbitales Atòmics-Orbital molecular (Linear combination of atomic orbitals LCAO-MO)[6]
En un enllaç entre dos elements diferents, els electrons de l'enllaç s'assignen al seu principal contribuent atòmic/major electronegatividad; en un enllaç entre dos àtoms del mateix element, els electrons es dividixen a parts iguals. Açò es deu a que la majoria de les escales d'electronegatividad depenen de l'estat d'enllaç de l'àtom, lo que fa que l'assignació de l'estat d'oxidació siga un argument un tant circular. Per eixemple, algunes escales poden donar com resultat estats d'oxidació inusuals, com -6 per al platí en PtH2-4, per a les escales de Pauling i Mulliken.[7] Els moments dipolares, a voltes, també donarien com resultat número anormals, com en el CO i el NO, que estan orientats en el seu extrem positiu cap a l'oxigen. Per lo tant, açò deixa la contribució de l'àtom a la MO d'enllaç, l'energia atòmic-orbital, i dels càlculs quàntic-químics de les càrregues, com els únics criteris viables en valors convincents per a l'aproximació iònica. No obstant, per a una estimació senzilla de l'aproximació iònica, podem utilisar les electronegatividad d'Allen,[4] ya que només eixa escala d'electronegatividad és realment independent de l'estat d'oxidació, ya que es relaciona en l'energia mija dels electrons de valència de l'àtom lliure segons la taula següent d'electronegatividadés d'Allen.
Eixemples
[editar | editar còdic]- Clorur de sodi
2Na0 + Cl02 → 2Na1+ + 2Cl1-
Els gasos d'un sol tipo d'element, en este cas el clor, estan presents en forma diatómica.
El sodi (Na) es combina en el clor (Cl), produint clorur de sodi. L'número d'abdós elements sense combinar és 0 (zero), ya que estan equilibrats eléctricamente. L'número del sodi combinat és 1+, ya que cedix un electró. L'número del clor combinat és 1-, ya que accepta l'electró cedit pel sodi.
- Òxit d'alumini
A el0 + O02 → A el3+ + 2O2−
El oxigen (O) està present en forma diatómica (gas).
El alumini (Al) es combina en l'oxigen (O), produint òxit d'alumini (A el2O3). L'número d'abdós elements sense combinar és 0 (zero), ya que estan equilibrats eléctricamente. L'número de l'alumini combinat és 3+, ya que cedix tres electrons. L'número de l'oxigen combinat és 2−, ya que accepta fins a 2 electrons.
Els electrons cedits i acceptats pels distints elements creen un problema en les càrregues elèctriques. Per eixemple, l'alumini cedix tres electrons i l'oxigen solament accepta dos, per lo que sobra un. D'açò es conclou que en la reacció no intervé un sol àtom d'oxigen, per lo que es procedix a balancejar l'equació, per a que coincidixquen tots els electrons transferits en les capacitats de cada element acceptor.
L'equació balancejada queda aixina:
4A el0 + 3O02 → 4A el3+ + 6O2− → 2A el3+ + 3O2−
En lo que es conseguix el balanç perfecte per a que s'acomoden tots els electrons excedents. Els elements d'un element lliure o en estat basal tenen un número igual a 0.
- Tots els elements metàlics (els quals cedixen electrons) quan formen composts tenen generalment estats d'oxidació positius.
- Els elements no metàlics i semimetálicos poden tindre estats d'oxidació positius i negatius, depenent del compost que estiguen constituint.
- Per a qualsevol element el màxim estats d'oxidació és el corresponent al número de grup.
- El mínim estat d'oxidació possible d'un element és 4−, i ho tenen alguns dels elements del grup 4A.
- Els no metals tenen un estat d'oxidació negatiu únic, que és igual al número de grup menys 8.
- Els elements dels grups 1A i 2A posseïxen els estats d'oxidació 1+ i 2+ respectivament.
- L'hidrogen funciona en estat d'oxidació 1+ generalment, a excepció quan forma hidrurs metàlics en a on el seu estat d'oxidació és 1−.
- L'número de l'O és 2−, quan forma peròxits, a on és 2−, i quan forma superóxidos, a on és 1−.
- La suma dels estats d'oxidació de tots els elements d'un compost és igual a la seua càrrega neta.
Referències
[editar | editar còdic]- ↑ “Comprehensive definition of oxidation state (IUPAC Recommendations 2016)” . Pure Appl. Chem. 88 (8): 831–839. doi:.
- ↑ “Toward a comprehensive definition of oxidation state (IUPAC Technical Report)” . Pure Appl. Chem. 86 (6): 1017–1081. doi:.
- ↑ Plantilla:GoldBookRef
- ↑ 4,0 4,1 4,2 Karen, Pavel (2015). “Oxidation State, A Long-Standing Issue!”. Angewandte Chemie International Edition 54 (16): 4716–4726. doi:. PMID 25757151.
- ↑ Hooydonk, G. (1974). O n an Ionic Approximation to Chemical Bonding, Zeitschrift für Naturforschung A, 29(5), 763-767. doi: https://doi.org/10.1515/zna-1974-0517 [1] archivat en Wayback Machine.
- ↑ (2009) «Oxidation state», IUPAC Compendium of Chemical Terminology. doi:10.1351/goldbook.O04365. ISBN 978-0-9678550-9-7.
- ↑ Pure and Applied Chemistry (2014), 86(6), 1017–1081 CODEN: PACHAS; ISSN 0033-4545. English.
- Este artícul conté una traducció derivada de «Estado de oxidación» de Wikipedia en castellà publicada baix la Llicència de documentació lliure de GNU i la Llicència Creative Commons Reconeiximent-CompartirIgual 4.0 Internacional.