Número de oxidación medio: carga, fórmula e exercicios

Unha media pode ser correcta e a interpretación de cada átomo, incorrecta. Se o balance dunha fórmula dá un valor medio entre dous enteiros, non concluímos automaticamente que todos os átomos leven esa mesma carga fraccionaria.

Esta práctica resolve tres modelos de contabilidade química. Nos casos de estados distintos, as posibilidades individuais danse como premisas; non as deducimos dunha fórmula illada. Non pretendemos describir a estrutura electrónica completa dun sólido real nin un mecanismo de reacción.

Tres conceptos que convén manter separados

O número de oxidación é unha asignación formal útil para seguir cambios electrónicos. Nun ión monoatómico coincide coa súa carga. Nun composto covalente non se debe interpretar sen máis como a carga real localizada no átomo.

A suma dos números de oxidación, contando os átomos, coincide coa carga total da especie. Na fórmula dun composto neutro a suma é cero. Para un ión poliatómico, non a igualamos automaticamente a cero: conservamos a súa carga.

A referencia de OpenStax sobre clasificación redox presenta estas regras e as excepcións básicas do oxíxeno. Os exercicios de medias e proporcións seguintes son orixinais e declaran os supostos adicionais.

Exercicio 1: unha fórmula e unha carga que non desaparece

Considera o ión Cr₂O₇²⁻. Emprega O=−2 e calcula o número de oxidación medio do cromo. Non estamos estudando o seu uso experimental, só a fórmula dada.

Os sete oxíxenos suman −14. Os dous cromos deben sumar +12 para que o total sexa −2. Se chamamos x á media, 2x−14=−2 e x=+6.

O erro 2x−14=0 produciría +7. Esa conta trataría o ión como neutro e perdería a carga que figura no enunciado. O feito de que haxa dous cromos non cambia a carga total do ión a −4.

Compara agora unha fórmula neutra abstracta M₂O₃ con O=−2. Os oxíxenos suman −6 e os dous M, +6; a media é +3. Esta conclusión global non identifica por si soa a estrutura nin o nome do elemento M.

Se o enunciado engade que todos os M son equivalentes no modelo e teñen a mesma asignación, cada un será +3 nese modelo. Sen esa premisa, a ecuación de suma só fixa a media. Non inventamos unha distribución espacial a partir dunha única igualdade.

Un subíndice conta átomos; un superíndice de carga caracteriza a especie completa. Escribilos na mesma liña non os converte na mesma operación: convén reconstruír o reconto antes de despexar.

Exercicio 2: unha media que require dous estados dados

Un modelo de óxido ten fórmula M₃O₄, é neutro e usa O=−2. O enunciado establece, como información adicional, que os tres sitios de M teñen estados +2 ou +3. Calcula cantos corresponden a cada estado por unidade de fórmula.

Os oxíxenos suman −8 e os metais deben sumar +8. A media é +8/3, aproximadamente +2,667.

Chamamos n ao número de sitios +3. Os restantes 3−n son +2. A suma é 3n+2(3−n)=8. Así, n+6=8 e n=2. O modelo contén dous sitios +3 e un +2 por unidade de fórmula.

A media non asigna +8/3 a cada sitio. É unha forma de resumir (3+3+2)/3. Tampouco podemos decidir cal dos tres sitios é o +2 só con esta ecuación: iso require información sobre os sitios.

Non afirmamos que calquera substancia M₃O₄ teña necesariamente esta distribución. A lista de estados permitidos era unha premisa. Se permitísemos outros estados, o balance global podería admitir outras combinacións.

Agora unha mostra do mesmo modelo contén 0,060 mol de unidades de fórmula. Hai 0,180 mol de átomos de M: 0,120 mol no estado +3 e 0,060 mol no +2. A fracción de sitios +3 é dous terzos, non 0,120 dividido entre 0,060.

O total formal positivo é 0,120·3+0,060·2=0,480 mol de unidades de carga positiva. Compénsase con 0,240 mol de O asignados a −2. Non interpretamos esta conta como unha carga macroscópica libre que poidamos recoller cun cable.

Exercicio 3: recupera unha proporción, non a identidade dun elemento

Outro conxunto didáctico contén 0,200 mol de átomos dun metal repartidos exclusivamente entre estados +2 e +3. A media determinada no modelo é +2,35. Calcula a fracción e os mols de cada estado.

Se f é a fracción de átomos +3, a media é 3f+2(1−f)=2+f. Igualando a 2,35, f=0,35. Hai un 35 % de sitios +3 e un 65 % de sitios +2.

As cantidades son 0,200·0,35=0,0700 mol de +3 e 0,130 mol de +2. Comproba a suma: 0,0700+0,130=0,200. Comproba a media: (0,0700·3+0,130·2)/0,200=2,35.

Se alguén informa dunha media +3,20 mantendo exclusivamente +2 e +3, o resultado é incompatible co modelo. Ao resolver, f=1,20, unha fracción maior ca un. Non a aceptamos como «120 % de átomos +3»: revisamos datos ou premisas.

Unha media +2,50 daría partes iguais neste modelo. Non permite afirmar por si soa que exista un único composto puro nin identificar cal é o metal. Unha mestura de especies tamén podería producir unha media; a identidade química precisa máis evidencia.

A media tampouco di que cada átomo cambie de estado na mesma proporción durante unha reacción. Aquí describimos un conxunto. Para analizar unha transformación farían falta os estados inicial e final e o balance correspondente.

Unha excepción que comproba a regra do oxíxeno

Non apliques O=−2 sen mirar a especie. En H₂O₂, co H asignado a +1, 2(+1)+2x=0 dá O=−1. Se impuxeses −2 a cada O, a suma non coincidiría coa neutralidade.

Esta comprobación non é outro exercicio de media metálica: recorda que unha regra asignada incorrectamente ao resto da fórmula cambia todo o despexe. Antes de discutir fraccións, verifica as asignacións e a carga total.

Na práctica de desproporción seguimos cambios cara a produtos distintos. Aquí reconstruímos unha distribución a partir dunha media e premisas. O repaso de redox e electroquímica conecta este reconto co axuste de reaccións.

Preguntas frecuentes

Un número de oxidación é sempre a carga real dun átomo?

Non. É unha asignación formal de contabilidade electrónica; coincide coa carga dun ión monoatómico, pero non se identifica en xeral coa carga real nun enlace covalente.

Unha media de +2,5 obriga a que cada átomo teña ese valor?

Non. Nos modelos con estados individuais +2 e +3, esa media describe a proporción do conxunto, non o estado de cada átomo.

A fórmula permite localizar que sitio ten cada estado?

Non en xeral. A suma fixa unha restrición global; para asignar sitios distintos fai falta información estrutural ou adicional.

Conserva o suposto que permite repartir a media

Refai o terceiro caso cunha media +2,80 e comproba que as fraccións suman un. Explica que información seguiría faltando para identificar a substancia. Para continuar coa materia, consulta a ficha de Química da Rexión de Murcia, dispoñible para comprar; esta práctica xeral en galego non substitúe as instrucións da túa convocatoria.