Como Encontrar Números de Oxidação

No estudo da química, os termos "oxidação" e "redução" se referem a reações nas quais um átomo (ou átomos) perde ou ganha elétrons, respectivamente. Números de oxidação são números definidos a átomos (ou grupos de átomos) que ajudam os químicos a manter o registro de quantos elétrons estão disponíveis para transferências e se dados reagentes são oxidados ou reduzidos em uma reação. O processo de definir números de oxidação a átomos pode variar dos incrivelmente simples aos complexos, com base na carga dos átomos e na composição química das moléculas das quais são parte. Para complicar, alguns átomos podem ter mais do que um número de oxidação. Felizmente, a definição de números de oxidação é governada por regras bem definidas e fáceis de seguir, mas o conhecimento de química básica e álgebra tornará a navegação por esse território muito mais fácil.

Definindo Números de Oxidação com Base em Regras Químicas

  1. Determine se a substância em questão é um elemento. Átomos elementares livres e não combinados sempre terão um número de oxidação 0. Isso é verdade tanto para átomos cuja forma elementar é composta por um átomo isolado, bem como para aqueles cuja forma elementar é diatômica ou poliatômica.
    • Por exemplo, Al(s) e Cl2 têm ambos números de oxidação 0, pois estão em suas formas elementares não combinadas.
    • Note que a forma elementar do enxofre S8, embora irregular, possua também um número de oxidação 0.
  2. Determine se a substância em questão é um íon. Íons têm números de oxidação idênticos à sua carga. Isso é verdade tanto para átomos que não estão ligados a quaisquer outros elementos bem como para íons que formam parte de um composto iônico.
    • Por exemplo, o íon Cl tem um número de oxidação igual a -1.
    • O íon Cl ainda possui um número de oxidação -1 quando é parte do composto NaCl. Uma vez que o íon Na, por definição, possui carga +1, sabemos que o íon Cl tem carga -1, de modo que seu número de oxidação continua a ser o mesmo.
  3. No caso de íons metálicos, saiba que números de oxidação múltiplos são possíveis. Diversos elementos metálicos podem ter mais do que uma carga. Por exemplo, o Ferro (Fe) pode ser um íon com carga +2 ou +3. As cargas de íons metálicos (e, logo, números de oxidação) podem ser determinados ou em relação às cargas de outros átomos no compostos dos quais fazem parte ou, quando escrito em forma de texto, pela notação em algarismos romanos (como na sentença "O íon Fe(III) possui carga +3").
    • Por exemplo, examinemos um composto contendo o íon metálico alumínio. O composto AlCl3 possui carga geral 0. Uma vez que sabemos que íons Cl têm carga -1 e que há 3 íons Cl no composto, o íon Al deve ter carga +3 de modo que a carga geral de todos os íons resulte na soma 0. Logo, o número de oxidação do Al é +3.
  4. Determine um número de oxidação -2 para o oxigênio (com exceções). Em quase todos os casos, átomos de oxigênio têm números de oxidação -2. Há poucas exceções à regra:
    • Quando o oxigênio se encontra em seu estado elementar (O2), seu número de oxidação é 0, como ocorre no caso de todos os átomos elementares.
    • Quando o oxigênio é parte de um peróxido, seu número de oxidação é -1. Peróxidos são uma classe de compostos que contêm uma única ligação oxigênio-oxigênio (ou o ânion peróxido O2). Por exemplo, na molécula H2O2 (peróxido de hidrogênio), o oxigênio possui número de oxidação (e carga) equivalente a -1. Ainda, quando o oxigênio é parte de um superóxido, seu número de oxidação é -0,5.
    • Quando o oxigênio se liga ao flúor, seu número de oxidação é +3. Veja a regra Flúor abaixo para mais informações. No composto (O2F2), é +1.
  5. Determine um número de oxidação +1 para o hidrogênio (com exceções). Como ocorre com o oxigênio, o número de oxidação do hidrogênio está sujeito a casos excepcionais. Geralmente, o hidrogênio possui número de oxidação +1 (a menos, como supramencionado, em sua forma elementar, H2). Entretanto, no caso de compostos especiais denominados hidretos, o hidrogênio tem número de oxidação -1.
    • Por exemplo, no composto H2O, sabemos que o hidrogênio tem número de oxidação +1, uma vez que o oxigênio possui carga -2 e precisamos de duas cargas +1 para resultar no valor 0 para a soma das cargas do composto. No entanto, no hidreto de sódio, NaH, o hidrogênio possui número de oxidação -1 devido ao fato de que o íon Na possui carga +1 e, para que a carga total do composto se iguale a 0, a carga do hidrogênio (e, logo, seu número de oxidação) deve se igualar a -1.
  6. Flúor sempre possuirá um número de oxidação -1. Como supracitado, os números de oxidação de certos elementos podem variar por diversos fatores (íons metálicos, átomos de oxigênio em peróxidos, etc.). O flúor, no entanto, possui número de oxidação -1, que, por sua vez, jamais se altera. Isso acontece porque o flúor é o elemento mais eletronegativo existente — em outras palavras, é o elemento com a menor probabilidade de dar qualquer de seus elétrons e, provavelmente, tomar o de outros. Logo, sua carga não se altera.
  7. Determine os números de oxidação em um composto igual à sua carga. Os números de oxidação de todos os átomos em um composto devem somar-se à sua carga. Por exemplo, se um composto não possui carga, os números de oxidação de cada um de seus átomos deve resultar na soma 0; se o composto for um íon poliatômico com carga -1, os números de oxidação devem ser somados a -1, etc.
    • Essa é uma boa maneira de conferir o seu trabalho — se a oxidação presente nos compostos não somar ao equivalente à carga, você saberá que determinou um ou mais valores incorretamente.

Determinando Números aos Átomos sem Regras de Números de Oxidação

  1. Encontre átomos sem regras de números de oxidação. Alguns átomos não possuem regras específicas a respeito dos números de oxidação que podem ter. Se o seu átomo não obedecer às regras anteriores e você não está certo quanto ao valor de sua carga (por exemplo, se ele é parte de um composto maior e sua carga individual não é exibida), você poderá encontrar o número de oxidação do átomo via processo de eliminação. Primeiramente, você determinará a oxidação de todo outro átomo no composto e, então, simplesmente resolverá para o desconhecido, tomando por base a carga geral do composto.
    • Por exemplo, no composto Na2SO4, a carga do enxofre (S) é desconhecida — ele não está em sua forma elementar, de modo que não será 0, mas isso é tudo o que sabemos. Esse é um bom candidato para o método algébrico de determinação de número de oxidação.
  2. Encontre o número de oxidação conhecido para os outros elementos no composto. Através das regras para a definição de números de oxidação, determine os números para os outros átomos no composto. Esteja atento para quaisquer casos excepcionais de O, H, etc.
    • No Na2SO4, sabemos, baseados em nosso conjunto de regras, que o íon Na possui carga (e número de oxidação) +1, e que os átomos de oxigênio possuem números de oxidação -2.
  3. Multiplique o número de cada átomo por seu número de oxidação. Agora que conhecemos o número de oxidação de todos os nossos átomos exceto o desconhecido, precisamos atentar ao fato de que alguns deles podem aparecer mais de uma vez. Multiplique o coeficiente numérico de cada átomo (escrito em subscrito após o símbolo químico no composto) por seu número de oxidação.
    • No Na2SO4, sabemos que há 2 átomos Na e 4 átomos O. Multiplicaremos 2 × +1, o número de oxidação do Na, para conseguir a resposta 2, e multiplicaremos 4 × -2, o número de oxidação do O, para conseguir a resposta -8.
  4. Some os resultados. Somar os resultados das multiplicações realizadas nos dará o número de oxidação atual do composto sem levar em consideração o número de oxidação do átomo desconhecido.
    • Em nosso exemplo com Na2SO4, somaremos 2 a -8, resultando em -6.
  5. Calcule o número de oxidação desconhecido com base na carga do composto. Você tem agora tudo o que precisa para descobrir o seu número de oxidação desconhecido com álgebra simples. Determine uma equação que possua a resposta obtida nos passos anteriores mais o número de oxidação desconhecido igual à carga geral do composto. Em outras palavras: (Soma dos números de oxidação conhecidos) + (número de oxidação desconhecido a ser calculado) = (carga do composto).
    • Em nosso exemplo com Na2SO4, o faremos da seguinte maneira:
      • (Soma dos números de oxidação conhecidos) + (número de oxidação desconhecido a ser calculado) = (carga do composto)
      • -6 + S = 0
      • S = 0 + 6
      • S = 6
      • Logo, S possui número de oxidação 6 no composto Na2SO4.

Dicas

  • Átomos em sua forma elementar sempre têm número de oxidação 0. Um íon monoatômico tem número de oxidação igual à sua carga. Metais do grupo 1A em sua forma elementar, como hidrogênio, lítio e sódio, têm número de oxidação +1; metais do grupo 2A em sua forma elementar, como magnésio e cálcio, têm número de oxidação +2. Tanto o hidrogênio como o oxigênio têm a possibilidade de 2 diferentes números de oxidação, dependendo ao que estiverem ligados.
  • Em um composto, a soma de todos os números de oxidação deve ser igual a 0. Se houver um íon que possui 2 átomos, por exemplo, a soma dos números de oxidação deve se igualar à carga iônica.
  • É de grande ajuda saber ler uma tabela periódica dos elementos e saber onde os metais e não-metais estão localizados.

Materiais Necessários

  • Tabela de classificação periódica dos elementos
  • Acesso à internet, livros didáticos de química ou ambos
  • Papel, lápis ou caneta
  • Calculadora
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