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Estado de oxidación

Estado de oxidación

Los electrones pueden perderse o ganarse cuando algunos átomos interactúan con otros átomos y se enlazan o reaccionan con ellos. ¿Por qué son importantes los estados de oxidación en este contexto?

Los estados de oxidación son utilizados por los químicos para deducir y llevar la cuenta del número de electrones transferidos o compartidos durante las reacciones químicas. Los estados de oxidación también son útiles para los químicos a la hora de nombrar los compuestos inorgánicos.

  • En primer lugar, definiremos el término estado de oxidación.
  • A continuación, veremos las reglas del estado de oxidación, así como sus excepciones.
  • Después, exploraremos cómo se relacionan los estados de oxidación con la denominación de los compuestos.
  • Por último, haremos cálculos del estado de oxidación de varios compuestos y iones.

Valencia y número de oxidación

En Redox aprendiste que muchas reacciones implican un movimiento de electrones. Una especie pierde electrones y se oxida, por lo que aumenta su estado de oxidación, se vuelve más positivo o menos negativo. Mientras que la otra especie, otra gana electrones y se reduce, reduciendo su estado de oxidación al volverse más negativo o menos positivo. En general, llamamos a estos procesos reacciones Redox. Los estados de oxidación nos ayudan a saber qué especie se oxida y qué especie se reduce en una reacción de este tipo.

Las valencias, números de oxidación o estados de oxidación, son números asignados a los iones que muestran cuántos electrones ha perdido o ganado, en comparación con el elemento en su estado libre. Un estado de oxidación positivo indica que el elemento ha perdido electrones, mientras que un estado de oxidación negativo indica que ha ganado electrones.

Si un elemento pierde electrones, hay más protones que electrones en el átomo, por lo que tendrá una carga positiva y, por lo tanto, un estado de oxidación positivo. Si gana electrones, hay más electrones que protones en el átomo, por lo que su carga y estado de oxidación serán negativo.

Como calcular los estados de oxidación

Hay algunas reglas que pueden ayudar y simplificar la forma de calcular los estados de oxidación.

  • El estado de oxidación de todos los elementos en su estado libre es 0. Esto se debe a que el elemento no ha perdido ni ganado electrones y, por tanto, es neutro. Este es el caso de los metales puros o las moléculas biatómicas.
    • Por ejemplo: Zn, H y Cl.
  • La suma de los estados de oxidación de todos los átomos o iones de un compuesto neutro es igual a 0.
    • Por ejemplo: en el NaCl, el estado de oxidación del Na es +1 y el del Cl es -1. La suma de estos números da como resultado 0.
  • La suma de los estados de oxidación de un ion es igual a la carga del mismo. Esto se aplica tanto a los iones monoméricos como a los complejos.
    • Por ejemplo: el estado de oxidación del ion monatómico F- es -1.
    • Por ejemplo: en el ion CO32-, el C tiene un estado de oxidación de +4 y los tres O tienen un estado de oxidación de -2. Entonces, 4 + 3 + (-2) = -2, que es la carga del ion.
  • En un ion o un compuesto, el elemento más electronegativo suele tener el estado de oxidación más negativo. Recuerda que la electronegatividad disminuye hacia abajo de un grupo y aumenta a través de un período.
    • Por ejemplo: en el F2O, el F es más electronegativo que el oxígeno, por lo que tiene el estado de oxidación más negativo. Aquí, el F tiene un estado de oxidación de -1 y el O tiene un estado de oxidación de +2.

Consulta la sección Electronegatividad para saber más.

Tabla periódica con estados de oxidación

Para ayudarte a calcular los estados de oxidación de los distintos compuestos, aquí tienes una imagen de la tabla periódica con los estados de oxidación comunes por grupo.

Estado de oxidación Tabla periódica con los estados de oxidación de los elementos StudySmarter

Figura 1. Tabla periódica con los estados de oxidación de los elementos dentro de sus grupos. Fuente: StudySmarter Originals

Ya sabrás que para que un átomo sea estable necesita 8 electrones en su última capa, lo que le otorga la configuración electrónica de un gas noble. Los metales suelen perder electrones para lograrlo y los no metales ganan electrones. Por lo que el número de grupo en los metales suele coincidir con su estado de oxidación y en los metales el estado de oxidación suele ser número de grupo menos 8. Por ejemplo: el nitrógeno está en grupo 5, 5-8 =-3.

Sin embargo, debes recordar siempre las excepciones a las reglas del estado de oxidación. Las veremos con más detalle a continuación.

Tabla de valencias

Muchos elementos tienen el mismo estado de oxidación en todos sus compuestos:

ElementoValencia/estado de oxidaciónExcepciones
Grupo 1+1
Grupo 2+2
Aluminio+3
Flúor-1
Hidrógeno+1hidruros metálicos
Oxígeno-2peróxidos y compuestos con flúor
Cloro-1compuestos con oxígeno y flúor

Tabla 1. Tabla de valencias o estados de oxidación. Fuente: StudySmarter

Excepciones del estado de oxidación

Como hemos aprendido, hay algunas excepciones a los estados de oxidación de los elementos dentro de los compuestos.

Estado de oxidación del hidrógeno

El hidrógeno suele tener un estado de oxidación de +1. Pero en los hidruros metálicos, como el NaH o el KH, tiene un estado de oxidación de -1. Debido a que la suma de los estados de oxidación en un compuesto neutro es siempre 0 y que los metales del grupo 1 tienen siempre un estado de oxidación de +1, en un hidruro metálico el hidrógeno debe tener un estado de oxidación de -1, ya que 1 + (-1) = 0. Por ejemplo: en el NaH, el Na tiene un estado de oxidación de +1 y el H tiene un estado de oxidación de -1.

Estado de oxidación del oxígeno

El oxígeno suele tener un estado de oxidación de -2. Pero en los peróxidos, como el H2O2, tiene un estado de oxidación de -1. Una vez más, se trata de un compuesto neutro y, por tanto, la suma de los estados de oxidación debe ser cero. Por ejemplo: en el caso del H2O2, cada átomo de hidrógeno tiene el estado de oxidación +1, por lo que cada átomo de oxígeno debe tener el estado de oxidación -1.

El oxígeno también se desvía de su estado de oxidación habitual en los compuestos con flúor. Esto se debe a que sabemos que el elemento más electronegativo toma el estado de oxidación más negativo, y el flúor es más electronegativo que el oxígeno. Por ejemplo: en el F2O, el elemento más electronegativo es el flúor, por lo que gana el estado de oxidación negativo -1. Tenemos dos átomos flúor por cada oxígeno, por lo que el estado de oxidación del oxígeno es +2.

Estado de oxidación del cloro

Del mismo modo, el cloro toma un estado de oxidación distinto en compuestos con oxígeno o flúor. Una vez más, esto se debe a que el oxígeno y el flúor son más electronegativos que el cloro. Por ejemplo: en el HClO, el O es el elemento más electronegativo, y por eso toma el estado de oxidación más negativo, en este caso de -2. Al no ser un hidruro metálico, el H tiene un estado de oxidación de +1. Esto significa que el Cl también debe tener un estado de oxidación de +1, ya que 1 + 1 + (-2) = 0.

En la química orgánica, la oxidación se ve fácilmente como la adición de oxígeno.

Veamos como esto afecta al estado de oxidación del carbono:

CO2 = el carbono tiene un estado de oxidación de +4

CH3OH = el carbono tiene un estado de oxidación de -2

CH4 = el carbono tiene un estado de oxidación de -4

Para calcularlo, se hace de la siguiente manera

  1. Si hay algún elemento menos electronegativo que el carbono, como los metales o el H, cada enlace cuenta -1
  2. Si hay un enlace a otro carbono y, por tanto, es igual de electronegativo, cada enlace cuenta 0
  3. Si hay algún elemento más electronegativo que el carbono, como el oxígeno o el flúor, cada enlace cuenta +1

Por ejemplo: el dióxido de carbono de este modo tendría 4 enlaces C-O, (dos dobles enlaces) por lo que el estado de oxidación del carbono es

En cuanto al CH3OH , el carbono está unido a 3 hidrógenos y a un oxígeno Por lo tanto C-O sabemos que es +1. Los enlaces C-H = -1, entonces su estado de oxidación es .

En cuanto al CH4, solo hay enlaces C-H, por lo que sería .

Haremos un ejemplo para practicar:

Deducir el estado de oxidación media de los carbonos del ácido acético.

El ácido acético tiene la fórmula molecular CH3COOH

  1. En el primer carbono
    1. como el H es un elemento menos electronegativo, C-H = -1. Además, como hay 3 hidrógenos, hay 3 enlaces C-H por lo que
    2. Está unido a un carbono, y como sabemos, los enlaces C-C = 0, por lo tanto el primer carbono tendrá el estado -3 + 0 = -3
  2. El carbono del grupo carboxilo
    1. Está unido a un carbono, y como sabemos, los enlaces C-C = 0
    2. Hay un doble enlace con un oxígeno y un enlace simple con otro oxígeno. Por lo que hay 3 enlaces C-O en total. Enlaces con el O, un elemento más electronegativo, C-O = 1, al haber tres:

El primer carbono tiene un estado de oxidación de -3 y el segundo carbono de 3.

El estado de oxidación media de los dos sería 0.

Estados de oxidación y nomenclatura de los compuestos

Aunque acabamos de aprender algunas reglas para asignar los estados de oxidación, no cubren todos los elementos. De hecho, muchos elementos pueden adoptar muchos estados de oxidación posibles, lo que puede causar confusión en muchos compuestos. Aquí tienes algunos consejos que te ayudarán.

Números romanos

Si existe algún riesgo de ambigüedad, el estado de oxidación específico de un elemento en un determinado compuesto se indica con números romanos. Sin embargo, esto solo se aplica a los estados de oxidación positivos. Esto suele ocurrir en los metales de transición que pueden tener varios estados de oxidación. Por ejemplo: el sulfato de hierro (II) (FeSO4) contiene iones de hierro con un estado de oxidación de +2, mientras que el sulfato de hierro (III) (Fe2(SO4)3) contiene iones de hierro con un estado de oxidación de +3.

Prefijos y sufijos

También podemos utilizar prefijos y sufijos para dar información sobre la fórmula de un compuesto, lo que nos ayuda a calcular el estado de oxidación de cada elemento:

Los compuestos que contienen oxígeno terminan en -ato o -ito.

Hay una diferencia entre ambos: el compuesto con -ato siempre tiene un oxígeno más que el compuesto con -ito. Si encontramos un compuesto con un oxígeno más que el compuesto -ato, añadimos el prefijo per-. Si encontramos un compuesto con un oxígeno menos que el compuesto -ito, añadimos el prefijo hipo-. También lo podemos ver desde el punto de visto de los estados de oxidación. Si hay 4 estados de oxidación del átomo, el compuesto con el estado de oxidación mayor tiene el prefijo per- y el sufijo -ato, el segundo mayor tiene solo el sufijo -ato, el segundo menor -ito y el menor hipo-clorito. Por ejemplo:
  • El ion perclorato (HClO4-) tiene 4 oxígenos y el estado de oxidación del cloro +6,
  • El ion clorato (ClO3-) tiene tres oxígenos y el estado de oxidación del cloro +5,
  • El ion clorito (ClO2-) tiene dos oxígenos y el estado de oxidación del cloro +3
  • El ion hipoclorito (ClO-) solo tiene un oxígeno y el estado de oxidación del cloro +1.

Hacemos un par de ejemplos:

Como se llaman los diferentes compuestos de Magnesio con oxígeno: K2MnO4, K3MnO4,KMnO4, K2MnO3,

Miramos el estado de oxidación del Manganeso, primero hay que separar los aniones

K2MnO4 = MnO42- como oxigeno es -2. sabemos que

K3MnO4 = MnO43- por tanto

KMnO4 = MnO4- dando

K2MnO3 = MnO32- por lo tanto

Si los ordenamos por estado de oxidación sería, KMnO4 (VII), K2MnO4 (VI), K3MnO4 (V) y K2MnO3 (IV). Por lo tanto sería permanganato de potasio, manganato de potasio, hipomanganato de potasio y manganito de potasio

Los ácidos inorgánicos que contienen oxígeno

Los ácidos inorgánicos son aquellos que no contienen carbono. En el caso anterior, vimos el estado de oxidación de aniones, o sales de manganeso y cloro. Si analizamos los ácidos de los cuales provienen hay que poner el sufijo -ico si tienen estado de oxidación alto, y -oso si tiene estado de oxidación menor

Empezamos con los de cloro

  • El ion perclorato (HClO4-) , proviene de H2ClO4, el ácido perclórico
  • El ion clorato (ClO3-), proviene de HClO3, el ácido clórico
  • El ion clorito (ClO2-), proviene de HClO2, el ácido cloroso
  • El ion hipoclorito (ClO-), proviene del HClO, el ácido hipocloroso

Los de manganeso

  • Permanganato de potasio (KMnO4), proviene de HMnO4, ácido permanganico
  • Manganato de potasio (K2MnO4), proviene de H2MnO4, ácido manganico
  • Hipomanganato de potasio (K3MnO4), proviene de H3MnO4, ácido manganoso
  • Manganito de potasio (K2MnO3), proviene de H2MnO3, ácido hipomanganoso

El que más te puede sonar es el ácido sulfúrico (H2SO4).

Ejemplos de cálculo del estado de oxidación

Ya sabemos, por las reglas de asignación de estados de oxidación, que la suma de todos los estados de oxidación de un compuesto neutro debe sumar cero, y la suma de todos los estados de oxidación de un ion complejo debe sumar la carga del ion. Pero, ¿cómo calculamos los estados de oxidación de cada uno de los elementos del compuesto o ion? Para ello, podemos aplicar nuestros conocimientos sobre los estados de oxidación fijos y calcular los estados de oxidación desconocidos por deducción.

Puede ser útil seguir este proceso

  1. Fíjate en la carga del ion o compuesto, si la hay. Esto te ayudará a saber cuál es tu objetivo.
  2. Identifica los átomos con estados de oxidación fijos.
  3. Deduce los estados de oxidación de los átomos restantes, asegurándote de que la suma de todos los estados de oxidación coincide con la carga del ion o del compuesto.

Ahora te toca a ti. Intenta calcular los estados de oxidación de algunos elementos utilizando las reglas que hemos explicado anteriormente. Si te quedas atascado, trabajaremos juntos en las soluciones.

¿Cuáles son los estados de oxidación del azufre en los siguientes compuestos y iones?

  1. S8
  2. H2S
  3. SO32-
  4. H2SO4

a. Como se trata de un elemento libre, ya que no está formando un enlace con otro elemento, por lo que el estado de oxidación del azufre en S8 es 0.

b. El H2S es un compuesto neutro, por lo que la suma global de todos los estados de oxidación es cero.

  • Cada ion de hidrógeno tiene un estado de oxidación de +1.
  • Por tanto, el azufre debe tener el estado de oxidación -2, ya que

c. La carga global del ion SO32- es -2. Como resultado, la suma de los estados de oxidación debe ser igual a -2.

  • Cada oxígeno tiene un estado de oxidación de -2, por lo que su total combinado es .
  • Esto significa que el estado de oxidación del azufre debe ser +4, ya que

d. Una vez más, el H2SO4 es un compuesto neutro, por lo que la suma de todos los estados de oxidación debe ser igual a cero.

  • Hay cuatro oxígenos, cada uno con un estado de oxidación de -2, por lo que su total combinado es
  • Hay dos hidrógenos, cada uno con un estado de oxidación de +1, por lo que su total combinado es
  • Por tanto, el estado de oxidación del azufre debe ser +6, ya que

En el siglo XVIII, el científico britáico Joseph Priestley descubrió el oxígeno durante sus investigaciones sobre los gases que componen el aire. Gracias a esto, porteriormente, el científico francés Antoine Laurent pudo logró explicar el proceso de combustión y su asociación con el oxígeno. Descubrió que la combustón consiste en la reacción entre el oxígeno y compuestos orgánicos, y que hay reacciones en las que el número de átomos oxígenos en la molécula aumenta y reacciones en las que el número de oxígenos en la molécula disminuye. Estas reacciones fuero nombradas como reacciones de oxidación y reducción, respectivamente.

Estado de Oxidación - Puntos clave

  • Los estados de oxidación son números asignados a los iones que muestran cuántos electrones ha perdido o ganado el ion, en comparación con el elemento en su estado libre.
  • Si el estado de oxidación aumenta, el compuesto se ha oxidado, mientras que el estado de oxidación disminuye, el compuesto se ha reducido.
  • Hay ciertas reglas que hay que seguir al asignar los estados de oxidación:
    • El estado de oxidación de todos los elementos no combinados es cero.
    • La suma de los estados de oxidación de un ion es igual a la carga iónica.
    • El estado de oxidación de un compuesto neutro es cero.
    • En un ion o un compuesto, el elemento más electronegativo recibe el estado de oxidación más negativo.
  • Algunos elementos adoptan siempre determinados estados de oxidación, aunque hay excepciones a las reglas generales.
  • Los números romanos y los prefijos y sufijos de los compuestos nos dan pistas sobre los estados de oxidación de los elementos implicados.
  • Podemos calcular los estados de oxidación utilizando las fórmulas químicas y las reglas indicadas.

Preguntas frecuentes sobre Estado de oxidación

El estado de oxidación se calcula teniendo en cuenta las siguientes reglas. 

  • El estado de oxidación de todos los elementos no combinados es cero. 
  • La suma de los estados de oxidación de un ion es igual a la carga iónica. 
  • El estado de oxidación de un compuesto neutro es cero.
  • En un ion o un compuesto, el elemento más electronegativo recibe el estado de oxidación más negativo. 

Los estados de oxidación son números asignados a los iones que muestran cuántos electrones ha perdido o ganado el ion, en comparación con el elemento en su estado libre. Los valores dependen de las propiedades de los elementos del compuesto. 

El científico francés Antoine Laurent pudo logró explicar el proceso de combustión y su asociación con el oxígeno. Descubrió que la combustón consiste en la reacción entre el oxígeno y compuestos orgánicos, y que hay reacciones en las que el número de átomos oxígenos en la molécula aumenta y reacciones en las que el número de oxígenos en la molécula disminuye. Estas reacciones fuero nombradas como reacciones de oxidación y reducción, respectivamente.

Por ejemplo, en el caso del H2O2. Se trata de un compuesto neutro y, por tanto, la suma de los estados de oxidación debe ser cero. Cada átomo de hidrógeno tiene el estado de oxidación +1, por lo que cada átomo de oxígeno debe tener el estado de oxidación -1. 

El hidrógeno, a no ser que esté formando un hidruro metálico, También otros elementos como el litio, el sodio y el potasio y elementos que tienen varios estados de oxidación como el carbono, el cloro y el cobre.

Cuestionario final de Estado de oxidación

Pregunta

¿Qué es la oxidación?

Mostrar respuesta

Answer

Es una reacción química en la cual un átomo pierde electrones

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Pregunta

¿Cuál es el estado de oxidación de un elemento libre o de un compuesto que solo contiene un elemento?

Mostrar respuesta

Answer

0

Show question

Pregunta

¿En un compuesto neutro, cúanto tienen que sumar los estados de oxidación?

Mostrar respuesta

Answer

0

Show question

Pregunta

¿Cuál es el estado de oxidación de un ion monoatómico?

Mostrar respuesta

Answer

Es igual a la carga del ion

Show question

Pregunta

¿A qué es igual la suma de todos los estados de oxidación de un ion poliatómico?

Mostrar respuesta

Answer

A la carga total del ion

Show question

Pregunta

En un compuesto, ¿cuál es el estado de oxidación de los elementos del grupo 1?

Mostrar respuesta

Answer

+1

Show question

Pregunta

En un compuesto, ¿cuál es el estado de oxidación de los elementos del grupo 2?

Mostrar respuesta

Answer

+2

Show question

Pregunta

¿Cuál es el estado de oxidación del aluminio?

Mostrar respuesta

Answer

+3

Show question

Pregunta

¿Cuál es el estado de oxidación del flúor?

Mostrar respuesta

Answer

-1

Show question

Pregunta

¿Cuál es el estado de oxidación del hidrógeno en los hidruros metálicos?

Mostrar respuesta

Answer

-1

Show question

Pregunta

¿Cuál es el estado de oxidación del oxígeno en peróxidos como el H2O2?

Mostrar respuesta

Answer

-1

Show question

Pregunta

¿Cuál es el estado de oxidación del oxígeno en F2O?

Mostrar respuesta

Answer

El elemento más electronegativo es el F por lo que atrae más a los electrones y su estado de oxidación será -1. Entonces, el estado de oxidación del O será +2

Show question

Pregunta

En un compuesto, ¿qué elemento recibe un estado de oxidación negativo?

Mostrar respuesta

Answer

El elemento más electronegativo

Show question

Pregunta

¿Cómo se representa el estado de oxidación?

Mostrar respuesta

Answer

Escribimos como superíndice el símbolo positivo o negativo seguido del número. Si hay más de un estado de oxidación posible, se representa con números romanos entre paréntasis. 

Show question

Pregunta

¿Cuál es el estado de oxidación del azufre en H2SO4?

Mostrar respuesta

Answer

En este compuesto:

  • Oxígeno hay 4, por lo que: 4 ·(-2) = -8
  • Hidrógeno hay 2, entonces: 2·(+1) =+2
  • -8+2+x=0; x=-8+2=6

El estado de oxidación del azufre es +6


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